CN107528617A - 模块化天线阵列波束成形 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及模块化天线阵列波束成形。一种无线电通信设备包括：多个天线阵列，每个天线阵列被配置为根据相应的波束成形码字来生成可操控天线波束，其中多个天线阵列中的每个被配置为从被多个天线阵列中的每个重复使用的单天线阵列操控码本来获取相应的波束成形码字；以及波束成形电路，被配置为对多个天线阵列的信号加权，以协调来自多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在第一操控方向形成组合天线波束。

Description

模块化天线阵列波束成形
技术领域
各种实施例整体涉及模块化天线阵列的操控(steering)。
背景技术
基于天线的通信系统可以利用波束成形来创建具有天线阵列的操控天线波束。波束成形系统可以调节通过(或在接收方向上接收)天线阵列的元件发送的信号中的每个的延迟和/或增益，以便在某些角度方向上产生建设性和破坏性推断的模式。通过精确选择每个天线元件的延迟和增益，波束成形架构可以控制所得到的干涉图案，以便实现在特定方向上提供高波束增益的可操控的“主瓣”。许多波束成形系统可以允许通过动态调节每个天线元件的延迟和增益参数来对波束图案进行自适应控制，并且因此可以允许波束成形器恒定地调节波束的操控方向，以便跟踪目标发射器或接收器的移动。
波束成形架构可以常规地采用数字和射频(RF)处理中的一者或两者，以便在阵列的每个元件处应用期望的延迟和增益因子。相控天线阵列是用于窄带信号的特别有利的RF波束成形技术，其依赖于窄带信号的相移和时间延迟之间的近似等效。因此，相控天线阵列可以将RF移相器置于每个天线元件的信号路径中，并且允许调节各个相移值以便操控所得到的天线波束。尽管许多相控阵列设计通过仅相位控制实现了足够的性能，但是可以另外实施可变增益放大器和其他技术，如锥形化，以便也可以实现增益调节。
与RF波束成形器的模拟RF处理相反，数字波束成形器可以在基带域中采用数字处理，以便在天线阵列上赋予期望的相位/延迟和增益因子。因此，在数字波束成形系统中，每个天线元件的相位和增益可以作为复权重以数字方式应用于基带域中的每个相应的天线信号。所得到的加权信号然后可以分别被应用到单独的射频(RF)链，每个射频链可以将接收到的加权信号混合到射频，并将经调制信号提供给天线阵列的相应天线元件。由于数字波束成形系统中的每个天线元件需要专用的RF链，所以许多数字波束成形解决方案可能需要大量的硬件，并且因此具有可观的成本和功率消耗率。
混合波束成形解决方案可以同时在基带和RF域中应用波束成形，并且可以利用连接到多个低复杂度模拟RF移相器的数量减少的RF链。每个模拟RF移相器可以馈送到阵列的相应天线元件中，从而产生各自对应于唯一RF移相器并且共同对应于共用RF链的天线元件组。因此，此类混合系统可以通过接受由于依赖于RF移相器而不是数字复加权元件导致的轻微的性能降级来减少所需RF链的数量。
发明内容
本发明涉及一种无线电通信设备，包括：多个天线阵列，每个所述天线阵列被配置为根据相应的波束成形码字来生成可操控天线波束，其中所述多个天线阵列中的每个被配置为从被所述多个天线阵列中的每个重复使用的单天线阵列操控码本获取相应的波束成形码字；以及波束成形电路，被配置为对所述多个天线阵列的信号加权，以协调来自所述多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在第一操控方向形成组合天线波束。
附图说明
在附图中，相同的附图标记通常在不同的视图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是通常重点说明本发明的原理。在下面的描述中，参考以下附图描述本发明的各种实施例，其中：
图1示出RF波束成形架构；
图2示出混合数字/RF波束成形架构；
图3示出用于天线阵列的波束操控的图示；
图4示出第一模块化波束成形架构；
图5示出第二模块化波束成形架构；
图6示出模块化成形的第一示例性操作模式；
图7示出模块化波束成形的第二示例性操作模式；
图8示出模块化波束成形的第三示例性操作模式；
图9示出模块化波束成形的第四示例性操作模式；
图10示出详细描述第一波束增宽技术的表；
图11示出详细描述第二波束增宽技术的图表；以及
图12示出操作无线电通信设备的方法。
具体实施方式
以下详细描述参考附图，其通过说明的方式示出可以实践本发明的具体细节和实施例。
词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为比其他实施例或设计优选或有利。
说明书和权利要求中的词语“多个”明确地指代大于1的数量。因此，明确地调用引用一定量的对象的上述单词(例如，“多个[对象]”)的任何短语明确地指代一个以上的所述对象。术语“(的)组”、“(的)集”、“(的)集合”、“(的)系列”、“(的)序列”、“(的)分组”等在说明书和权利要求书中(如果有的话)是指等于或大于1的数量，即一个或多个。术语“适当子集”、“减少的子集”和“较小子集”是指不等于集合的集合子集，即比集合包含较少元素的集合子集。
应当理解，本文中使用的任何向量和/或矩阵符号本质上是示例性的，并且仅用于说明的目的。因此，应当理解，本公开中详细描述的方法不限于仅使用向量和/或矩阵来实施，并且相关联的处理和计算可以相对于数据、观察、信息、信号、样本、符号、元素等的集合、序列、组等进行等同地执行。此外，应当理解，对“向量”的引用可以指任何大小或取向的向量，例如包括1x1向量(例如标量)、1xM向量(例如行向量)和Mx1向量(例如列向量)。类似地，应当理解，对“矩阵”的引用可以指任何大小或取向的矩阵，例如包括1x1矩阵(例如标量)、1xM矩阵(例如行向量)和Mx1矩阵(例如列向量)。
本文使用的“电路”被理解为可以包括专用硬件或执行软件的处理器的任何种类的逻辑实现实体。因此，电路可以是模拟电路、数字电路、混合信号电路、逻辑电路、处理器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、集成电路、专用集成电路(ASIC)等或它们的任何组合。将在下面进一步详细描述的相应功能的任何其它类型的实现也可以被理解为“电路”。应当理解，本文详细描述的电路中的任何两个(或多个)可以被实现为具有基本上等效的功能的单个电路，并且相反，本文详细说明的任何单个电路可以被实现为具有基本相等的功能的两个(或多个)分离电路。此外，对“电路”的引用可以指共同形成单个电路的两个或多个电路。术语“电路布置”可以指单个电路、电路集合和/或由一个或多个电路组成的电子设备。
如本文所使用的，“存储器”可以被理解为其中可以存储数据或信息以供检索的非暂时计算机可读介质。因此，包括在本文中的对“存储器”的引用可以被理解为指代易失性或非易失性存储器，包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、固态存储器、磁带、硬盘驱动器、光驱等或它们的任何组合。此外，应当理解，术语存储器也包括寄存器、移位寄存器、处理器寄存器、数据缓冲器等。应当理解，被称为“存储器”或“一存储器”的单个组件可以由多于一种不同类型的存储器组成，并且因此可以指代包括一种或多种类型的存储器的集合组件。容易理解，任何单个存储器组件可以被分成多个共同等效的存储器组件，反之亦然。此外，虽然存储器可以被描绘为与一个或多个其他组件分离(如在附图中)，但是应当理解，存储器可以集成在另一个组件内，如在公共集成芯片上。
参考移动通信网络的接入点使用的术语“基站”可以被理解为宏基站、微基站、节点B、演进型节点B(eNB)、家庭eNodeB、远程无线电头(RRH)、中继点等。如本文所使用的，在电信的上下文中的“小区”可以被理解为由基站服务的扇区。因此，小区可以是对应于基站的特定扇区化的一组地理位置相同的天线。因此，基站可以服务于一个或多个小区(或扇区)，其中每个小区的特征在于不同的通信信道。此外，术语“小区”可以用于指代宏小区、微小区、毫微微小区、微微小区等中的任一个。
为了本公开的目的，无线电通信技术可以被分类为短程无线电通信技术、城域系统无线电通信技术或蜂窝广域无线电通信技术之一。短程无线电通信技术包括蓝牙、WLAN(例如根据任何IEEE 802.11标准)和其他类似的无线电通信技术。城域系统无线电通信技术包括全球微波接入互操作性(WiMax)(例如根据IEEE 802.16无线电通信标准，例如WiMax固定或WiMax移动)和其它类似的无线电通信技术。蜂窝广域无线电通信技术包括全球移动通信系统(GSM)、码分多址2000(CDMA2000)、通用移动电信系统(UMTS)、长期演进(LTE)、通用分组无线业务(GPRS)、演进数据优化(EV-DO)、GSM演进的增强数据速率(EDGE)、高速分组接入(HSPA)等以及其他类似的无线电通信技术。蜂窝广域无线电通信技术还包括如微小区、毫微微小区和微微小区之类的这种技术的“小小区”。蜂窝广域无线电通信技术在本文中通常可以被称为“蜂窝”通信技术。应当理解，本文详细描述的示例性情况本质上是示范性的，并且因此可以类似地应用于现有的和尚未制定的各种其他移动通信技术，特别是在此类移动通信技术共用如关于以下示例所公开的类似特征的情况下。
本文所用的术语“网络”，例如参考如移动通信网络的通信网络，包括网络的接入部分(例如无线电接入网络(RAN)部分)和网络的核心部分(例如核心网络部分)两者。在本文中参考移动终端使用的术语“无线电空闲模式”或“无线电空闲状态”是指移动终端未被分配移动通信网络的至少一个专用通信信道的无线电控制状态。参考移动终端使用的术语“无线电连接模式”或“无线电连接状态”是指移动终端被分配移动通信网络的至少一个专用上行链路通信信道的无线电控制状态。
除非明确指定，术语“传输”包括直接传输(点对点)和间接传输(经由一个或多个中间点)两者。类似地，术语“接收”包括直接接收和间接接收两者。术语“通信”包括传输和接收中的一者或两者，即沿进入方向和离开方向中的一者或两者的单向或双向通信。
波束成形系统已经成为高频下一代通信网络(如毫米波(mmWave))和其他所谓的“5G”无线电技术中的潜在重要组成部分。这些无线电技术可以在30GHz及以上的载波频率下工作，并且可能需要依赖高波束成形增益来补偿与这些范围内的载波频率相关联的高路径损耗。
波束成形系统可以在基带和RF域中的一者或两者中执行处理，以形成天线阵列波束图案。图1和图2示出针对示例性四元件天线阵列部署的两种简化的波束成形方法。尽管下面的描述可以集中在传输波束成形背景上，但技术人员将会理解同样使用用于接收波束成形的类似实现的能力，其可以包括根据复权重阵列组合在天线元件处接收的信号，以便调节所接收的波束图案。
图1示出在基带域中数字地应用复数波束成形权重(由增益和相位因子两者组成)的简化的数字基带波束成形架构。如图1所示，数字波束成形器102可以接收基带符号s并且随后将复权重向量pBB＝[α1 α2 α3 α4]T应用于s以生成pBBs，其中，每个元素αi,i＝1,2,3,4是复权重(包括增益因子和相移)。因此，pBBs的每个所得元素[α1s α2s α3s α4s]T可以是基带符号s乘以一些复权重αi。数字波束成形器102然后可以将pBBs的每个元素映射到RF系统104的相应RF链，RF链各自可以在将所得RF符号提供到天线阵列106的相应元件之前对所接收的加权符号执行数模转换(DAC)、无线电载波调制和放大。天线阵列106然后可以无线地传输每个RF符号。该示例性模型还可以扩展到多层情况，其中包含多个基带符号s1、s2等的基带符号向量s，在这种情况下，基带预编码向量pBB可以扩展到基带预编码矩阵pBB以便应用于基带符号向量s。在这种情况下，αi,i＝1,2,3,4是行向量，并且pBBs＝[α1s α2s α3s α4s]T。因此，在pBB和s相乘之后，总体尺寸与在数字波束成形器102的输出处的总体尺寸相同。因此，下面的描述将数字波束成形器102指定为pBB，并且由于该原因而将符号/向量作为s传输，而该模型可以扩展到进一步的尺寸，如所解释的。
通过操纵pBB的波束成形权重，数字波束成形器102可以能够利用天线阵列106的四个天线元件中的每个来产生与单个天线元件相比具有更大波束增益的操控波束。由天线阵列106的每个元件发送的无线电信号可以组合以实现呈现出相对于与天线阵列106的距离和方向而变化的相长干涉和相消干涉图案的组合波形。根据多个因子(包括例如天线阵列间隔和对准、辐射图案、载波频率等)，组合波形的各种相长干涉和相消干涉点可产生聚焦波束，其可以经由调节pBB的相位和增益因子αi而在方向上“操控”。图1示出由天线阵列106发送的若干示例性操控波束，该数字波束成形器102可以通过调节pBB来直接控制。尽管在图1的简化图示中仅描绘了可操控主瓣，但数字波束成形器102可以能够通过pBB的类似调节来全面地“形成”整个波束图案，包括空值和旁瓣。
在所谓的自适应波束成形方法中，数字波束成形器102可以动态地改变波束成形权重，以便除了空值和旁瓣之外还调节主瓣的方向和强度。这种自适应方法可以允许数字波束成形器102随时间在不同方向上操控波束，这可以有助于跟踪移动目标点(例如移动的接收器或发射器)的位置。在移动通信背景中，数字波束成形器102可以识别目标用户设备(UE)108的位置(例如相对于天线阵列106的UE 108的方向或角度)，并且随后调节pBB以便生成具有指向UE 108的主瓣的波束图案，从而改善在UE 108处的阵列增益并且从而提高接收器性能。通过自适应波束成形，数字波束成形器102可以能够在UE 108移动时动态地调节或“操控”波束图案，以便连续向UE 108提供聚焦的传输(或者反过来的聚焦接收)。
数字波束成形器102可以被实施为微处理器，并且因此可以能够通过数字处理对pBB的增益和相位调节进行高度控制。然而，如图1对于RF系统104和天线阵列106所示，数字波束成形配置可能需要用于天线阵列106的每个元件的专用RF链(其中每个RF链对由数字波束成形器102提供的单独的加权符号αis执行无线电处理)；即NRF＝N，其中NRF是RF链的数量并且N是天线元件的数量。鉴于每个RF链需要复杂的电路分类(DAC、放大、混合等)，这种数字波束成形方法可能相对昂贵且在功率方面效率低下。随着所涉及的天线数量的增加，这些问题可能会复杂化，这对于针对将包括数十甚至数百个天线元件的下一代技术的大规模天线阵列可能尤其有问题。
因此，已经提出了混合波束成形来解决数字波束成形的有问题的成本和功耗问题。此类混合波束成形配置可以利用有限数量的RF链(即NRF＜N)并且在基带和RF域两者中应用波束成形。图2示出类似地包括四元件阵列208的简化混合波束成形架构；然而，如图2所示，与RF系统104的四RF链配置相比，RF系统204仅包括两个RF链(NRF＝2并且N＝4)。
类似于数字波束成形器102，混合波束成形器202可以将复波束成形权重向量pBB数字地应用于基带符号s。由于RF链204仅包括两个RF链，所以pBB可以仅为长度二，即pBB＝[α1′α2′]T；因此，数字波束成形器可以向RF系统204的RF链提供α1′s和α2′s。RF系统204可以然后处理加权的符号α1′s和α2′s，并将所得无线电符号分成两个等效的流，每个提供给相移器阵列206的相应移相器。相移器阵列206的每个移相器然后可以将相应的复权重β1、β2、β3或β4应用于对应的无线电符号。移相器阵列206可以然后将所得加权符号提供给天线阵列208以用于传输。数字波束成形器202和移相器阵列206以矩阵形式作为pRFpBBs操作，其中pRF＝[β10； β2 0； 0 β3； 0 β4]。
类似于图1的数字波束成形，图2的混合波束成形架构可以经由操纵pRF和pBB来调节由天线阵列208产生的波束图案。由于pRF可以专门在RF域中工作，由于使用用于RF域处理的数字电路的潜在并发情况，混合波束成形器可以利用用于移相器阵列206的低复杂度模拟移相器。尽管被称为移相器，但移相器阵列206可能能够同时应用相移和加权因子；换句话说，每个βn,n＝1,…,N可以是由相移和增益因子两者组成的复权重，例如，形式为Aejθ，其中A是增益因子并且θ是相移。
混合波束成形器可以因此在两个(或多个)阶段中应用波束成形：在基带域中以pBB的形式并且在RF域中以pRF的形式(如下面进一步详细描述的，混合波束成形器还可以采用中频(IF)波束成形作为pIF)。因此，混合波束成形器可需要通过对基带和RF域两者执行控制来动态地控制总体波束成形效应，这可以包括处理任务以确定一个或多个目标发射器或接收器的方向，并计算pBB和pRF的适当波束成形权重以朝向目标点操控波束。混合波束成形器可以因此包括控制模块，该控制模块被配置为计算适当的波束成形权重并且向数字波束成形单元(例如数字波束成形器102或202)和RF波束成形单元(例如移相器阵列206)指示计算的波束成形权重。数字和RF波束成形单元然后可以负责实施所分配的波束成形权重。
如前所示，数字波束成形单元可以被实施为微处理器，并且因此可以被配置为以数字方式应用所分配的基带波束成形权重pBB，如通过将复基带符号乘以pBB的对应复权重α。RF波束成形单元可以被实现为模拟移相器的阵列，其可以作为模拟移相电路或时间延迟电路(考虑到窄带信号的时间延迟相移等效)来操作。在增益和相位都用于RF波束成形的背景下，RF波束成形单元可以另外包括如可变增益放大器的增益元件阵列。因此，控制单元可以向模拟移相器提供pRF的复权重β，模拟移相器可以随后调节所涉及的电路以便应用所分配的相移和/或增益因子。
控制单元可因此需要为每个RF移相器指定单独的相移，例如，对于n＝1,…,N的βn相位值。假设数字控制，则控制单元可需要用B位表示N个相位值中的每个，从而产生每个波束图案调节所需的总共位数NB。由于引导N个RF移相器所需的控制信令的量随着天线阵列的尺寸而增加，所以大规模阵列配置可具有将NB个控制位提供给RF移相器所涉及的大量控制信令开销。与地面级基带单元(BBU)相比，特别是对于“分布式”架构，其具有相对于位于塔顶的基带和控制模块(例如远程无线电单元(RRU))在远程位置处的RF模块，支持这种高控制开销所需的基础架构可能是有问题的。
混合波束成形架构可以因此利用“码本”方法以减少控制RF移相器所涉及的控制信令开销。在这种码本方案中，RF波束成形单元可以包括存储包含多个码字的码本的存储器。每个码字可以指定特定相移以实现RF移相器阵列的相应移相器。码本的码字可以提前预配置，并且可以各自共同指定在由RF移相器应用对应的相移时通过附接的天线阵列产生的特定波束图案。例如，每个码字可以对应于不同的方向/角度，并且因此不同码字的选择可以使得RF移相器实施适当的相移，以便在不同的方向上操控由天线阵列产生的波束图案。
为了简化控制信令，码本中的每个码字可以被预先分配唯一地标识码本内的码字的码字索引。因此，与指定每个相移的单独值相反，控制单元可以替代地标识期望的码字(例如与目标点的方向/角度匹配的码字)，并通过将码字索引以信号发送来指定所选择的码字到RF移相器阵列。RF移相器阵列可以接收码字索引，从码本存储器检索对应的码字(即检索共同构成码字的相移)，并且在RF移相器阵列的移相器处应用所分配的码字的相移。
图3示出基于码本的控制方法的示例性实现，其中控制电路302可以以码字(CW)索引的形式向RF移相器阵列304提供控制信令。如前所述，控制电路302可以如通过确定最佳方向/角度估计并选择提供与最佳角度/角度最接近匹配的方向/角度的码字基于目标点的方向/角度来选择码字。然后，RF移相器阵列304可以访问码本存储器306以检索对应的码字β＝[β1 β2…βN]，其中每个βn,n＝1,…,N给出RF移相器阵列304的第n个RF移相器的所指定的相移。然后，RF移相器阵列304可以在各个移相器处应用相移值βn,n＝1,…,N,，以便产生与天线阵列308处的指定码字β对应的天线波束图案。
码本的有效性可取决于码本中码字的总数。例如，在每个码字对应于天线阵列308的不同操控角的情况下，码本存储器306中的大量码字可以向控制电路302提供相对较好的操控灵敏度，这是由于可用码字将接近地匹配最优码字的较大可能性。由于码本存储器306可需要存储大量的码字并且需要更大的特异性来区分码字，所以这种更严格的灵敏度可能以更大的存储要求和更高的控制信令开销为代价。相比之下，较小的码本可由于灵敏度降低但也需要较少的存储器和控制信令而导致一些性能下降。
由于波束成形依赖于操纵天线信号以产生相长干涉和相消干涉的特定图案，每个码字的波束成形权重可取决于天线阵列308的元件的布置。例如，天线阵列308可以被布置为均匀的线性阵列；换句话说，天线阵列308的所有元件可以位于单个基本上直的线上，并且可以均匀地隔开间隔距离d，即每个元件可以与其相邻元件以距离d隔开。
在这种均匀的线性阵列配置中，控制电路302可以采用天线阵列操控技术(称为渐进相移)以相对于天线阵列308在特定角度方向φ上操控由天线阵列308产生的天线波束310。为了产生在方向φ的最大波束增益，由天线阵列308的每个元件发送的信号可需要沿着垂直于方向φ的波前的每个点(如图3所示)相长地干涉，即由天线阵列308的每个元件发送的每个信号可需要沿着波前垂直方向φ具有相同的相位。由于天线阵列308的每个元件可以位于与角度φ和间距d三角法相关的公共波前相距可变距离的位置处，所以提供给每个天线元件的信号可需要被RF相移阵列308的移相器偏移不同的量，以便在波前产生具有相同相位的发送信号。给定天线阵列304的元件之间的均匀间距d，每个元件之间的相移差可以给出为θ＝-kd sin(φ)，其中是波数。因此，如果由移相器阵列304的每个移相器应用的相位与由其相邻移相器应用的相位相分离θ，则天线阵列308可以产生方向φ上具有最大波束增益的组合波束；换句话说，如果对于n＝1,…,N-1，|∠βn-∠βn+1|＝θ＝kd sin(φ)(其中∠βn给出βn的相位)。
因此，控制电路302可以从码本中选择满足φ的渐进相移要求的码字，以便操控天线阵列308，即包含N个相位值βn的码字β，其中每个βn与βn±1以θ的相移分隔。在具有例如1度分辨率和120度范围的简化示例性码本方法中(例如对于适用于三扇区配置的扇形天线阵列)，码本可以包含例如120个码字，其中每个码字提供满足φ＝{-60,-59,…,58,59}中每个(以度为单位)的渐进相移约束的相移向量β；换句话说，每个码字β被调整为使得天线阵列308在-60,-59,…,58,59(度)的范围内将波束310操控在特定的角度方向。为了向RF移相器阵列304分配用于φ的码字，控制电路302可以识别φ′(例如基于目标发射器或接收器的方向确定的目标点的实际角度方向)，并将φ′与针对其优化码本的每个码字的操控方向相比较。控制电路302可以选择对应于最接近地匹配φ′的操控角φ的码字(例如量化φ′到1度分辨率网格范围以获得φ)，识别唯一地标识所选码字的码本的码字索引，并将码字索引提供给码本电路306。码本电路306然后可以访问码本存储器以检索对应于指定码字索引的码字β，并将波束成形权重β1,…,βN应用于RF移相器阵列304。RF移相器阵列304可以然后将所分配的相移应用于发送符号s(为了简单起见，在图3中省略了其他信号路径电路和组件)，并且用天线阵列308发送所得信号。由天线阵列304产生的组合波束图案因此可以在方向φ上产生具有最大波束增益的聚焦波束。
如上述那些详细描述的指定分隔θ的相邻相移以产生操控角φ的码字可需要在RF移相器阵列304处的高分辨率。尽管RF移相器304可以用模拟RF电路操作，但是移相器可以被数字地控制。例如，如上所述，RF移相器304中的每个可以由B位控制，因此能够被设置为2B个分开的复加权设置，例如B＝3位以提供23＝8个可能的相移，其产生度精度。B可以根据控制信令复杂度/开销和控制分辨率之间的折衷来类似地被缩放到其他分辨率值。然而，这可能是低效的并且需要高容量控制信号路径来向RF移相器阵列308的N个移相器中的每个提供NB个位。
码本电路306因此可以通过提供唯一地指定所分配的复权重βn的C位来控制RF移相器304的每第n个移相器。因此，在RF移相器304中的每个处可用的分辨率可受到数字控制分辨率2C的约束。例如，如果码本电路306利用例如C＝7个位以指示每个相移βn，码本电路306可能够在120度的操控范围内以至少1度精度指示所分配的相移值β(其中27＝128，因此提供至少128种不同的可用操控方向设置)。
由于每个RF移相器304可需要相位分隔θ，所以在极少数情况下θ是45度的倍数，从而排除天线元件之间的最佳相分离θ。因此，为了以较高或无限分辨率控制信令获得RF移相器阵列的相同效果，可需要一些近似或优化。在最简单的情况下，其中例如B＝3，每个βn的相位可以简单地量化为45度网格，即网格上最接近于满足相分离θ的期望相位的点。由于这可能导致一些性能下降，所以可以替代地采用“优化”码字。这些优化的码字可以依赖于非线性相分离，以便“模拟”或“近似”线性渐进相移码字。例如，可以在部署前优化阶段中计算优化的非线性码字，以便确定哪个移相器向量β对于每个操控方向φ最接近于线性渐进码字。在示例性情况中，可以利用对天线阵列的最大波束增益建模的舍入函数，以便为每个操控方向确定优化的码字。在数学上表示，优化的码字可以通过评估argmaxβF(β,φ)来确定，其中F(β,φ)为给定码字β提供在角方向φ上的波束增益模型；换句话说，提供在方向φ上的最大波束增益的码字β作为分配的码字返回以便在方向φ上操控。可以对由码本支持的每个期望的操控方向φ执行该优化处理，以便确定依赖于非线性渐进相移的“优化”码字的码本。在强力方法中，可以针对每个可能的向量β和每个期望的φ来评估F(β,φ)，以便确定对于每个期望的操控角φ最大化F(β,φ)的β。虽然用于确定这种优化的码字的评估可能在计算上是昂贵的，但是可以在部署之前执行该优化阶段以便获得码本，其然后可以被简单地加载到控制电路302和码本电路306，以在操作期间进行访问。应当注意，这些码本设计技术中的任何一种，包括线性渐进相移和非线性“优化”，可用于生成本文详细描述的模块化波束成形架构的码本。
无论控制电路302和码本电路306所采用的码本的细节如何，控制电路302可以被配置为选择与期望的波束操控角大致匹配的适当的码字索引，并将所选择的码字索引指示到码本电路306以用于随后在RF移相器304处的部署。标记V(θ)用于表示与在相邻元素之间具有渐进线性相移θ的码字匹配或近似的码字。因此，给定码字V(θ)可以是包含各自与相邻元素相位分隔θ(其可另外被量化)的元素的线性渐进相移码字，或产生操控方向的优化非线性码字，其中所述操控方向大致匹配包含各自与相邻元素相位分隔θ的元素的线性渐进相移码字。因此，给定的V(θ)可以产生操控角φ，其中θ＝-kd sin(φ)。因此，可以理解，这里详细描述的波束成形技术不限于任何特定的码本设计，并且可以利用包含用于在特定方向上操控天线阵列波束的码字的任何码本配置。此外，尽管在单维的背景中描述了本文详细描述的天线阵列(例如线性阵列)，但是阵列、码本和波束图案可以类似地扩展到多维，例如平面阵列。
到目前为止详细描述的波束成形方法主要涉及单个用户情况，例如在该处操控天线阵列的单个目标点(发射器或接收器)。然而，波束成形可特别用于包括多个用户的其他调度情况，如其中天线阵列的一个元件子集向第一用户发送在第一方向的第一数据流(或相反地从第一用户接收第一数据流)，天线阵列的元件的另一元件子集向第二用户发送在第二方向的第二数据流等。因此，与使用整个天线阵列在单个方向上操控相反，天线阵列可以分为各自负责在不同方向的操控的子集，即可以通过每个子集创建单个可控波束。调度情况可以另外是动态的，其中天线阵列预期能够随时间在单用户操作和多用户操作之间切换(具有可配置的多个用户)。
可需要不同的相位和增益因子来有效地操控不同尺寸的天线阵列；例如，8元件阵列可以要求与4元件阵列不同的波束成形权重。为了支持可变数量的可操控波束，波束成形设计因此可需要用于每个设置的单独的码本，例如每个波束的元件数量的每种可能设置的不同码本。因此，RF单元可需要存储多个单独的码本，例如每个元件到波束设置的一个。波束成形控制单元(类似于控制电路302)然后可需要确定单独波束的期望数量，为每个波束分配天线元件，计算数字和RF波束成形器的适当波束成形权重(除IF之外，如果适用)并且向数字和RF波束成形器提供指定所选波束成形设置的控制信令。
例如，示例性的混合波束成形器可以具有总共八个RF链，其各自连接到不同的一组L个天线元件。混合波束成形器可以能够利用每个RF链(每个波束的L个元件)生成单个波束，并且能够分配多个RF链以产生组合波束(每个波束多于L个元件，例如对于两个RF链为2L，对于四个RF链为4L等)，即混合波束成形器可以能够在一个(分配给组合波束的所有RF链)和八个(分配给不同波束的每个RF链)可操控波束之间之间创建。如前所述，可期望混合波束成形器动态地调节波束的数量，如以便支持可变数量的用户。例如，混合波束成形器最初可以在不同位置处发送到两个用户(并且任选地也可以通过用户接收)。因此，波束成形控制单元可以选择将八个RF链中的四个专用于第一用户，将剩余的四个RF链专用于第二用户，即可以利用前四个RF链和对应的天线元件(各自连接到不同的RF移相器)以产生指向第一用户的第一波束，并且利用第二四个RF链和对应的天线元件以产生指向第二用户的第二波束。因此，波束成形控制单元可以利用特定的“4RF”码本(例如每个波束利用四个RF链的码本，即每个波束的4L个天线元件)从用于第一用户和第二用户两者的码本中选择合适的码字，即选择第一个码字以朝向第一用户操控一个波束(取决于操控方向和空值/旁瓣(如果适用))选择第二码字以朝向第二用户操控另一波束。然后，波束成形控制单元可以向RF单元提供指定4RF码本以及第一和第二码字索引的控制信令。类似于图3所示，RF单元然后可以通过根据第一码字索引来设置第一四个RF链的移相器(通过访问4RF码本来检索与指定的第一码字相对应的相移值)，并根据第二码字索引设置第二4个RF链的移相器，来制定指定的码字。波束成形控制单元还可以向数字基带波束成形器指定波束成形权重，数字基带波束成形器可以类似地使用码本或者能够直接选择波束成形权重而不使用码本。由于控制单元和数字基带波束成形器可以位于相同的位置或邻近位置(与RF单元的潜在塔式安装位置相比)，使用无码本的方法可能相对直接，其中波束成形控制单元直接指定数字波束成形权重给数字基带波束成形器。
在自适应多用户情况中，目标用户的数量可以改变。例如，波束成形控制单元可以识别第三用户，并且因此可需要调节波束成形设置以为第三用户生成第三波束。然后，波束成形器可以选择将第一或第二四个RF链中的两个重新分配给第三用户，即可以将两个RF链分配给第一用户，将另外两个RF链分配给第二用户，并且将剩下的四个RF链分配给第三用户(尽管有许多变化是可能的)。即使第一和第二用户保持在相同的位置(因此需要基本上相同的操控方向)，从四个RF链操控波束所需的波束成形权重将不同于从两个RF链操控波束所需的波束成形权重。因此，波束成形控制单元可需要利用用于2RF设置的不同码本，因此还要求RF单元来另外存储2RF码本。然后，波束成形控制单元可以从2RF码本(取决于第一和第二用户的方向)和4RF码本(取决于第三用户的方向)来选择适当的码字索引，并且指定码字索引给RF单元。为了区分2RF和4RF码本，波束成形控制单元还可需要识别每个码字索引的码本。RF单元可以类似地使用码本数据库来检索用于指定码本的波束成形权重，并将波束成形权重应用于适当的移相器。
波束成形系统的控制信令和码本存储细节因此可以根据所支持的用户的数量、RF链的数量和每个RF链的天线元件的数量而变化。特别是对于大型阵列和受支持用户数量而言，多码本支持在存储要求和控制信令过载方面都可能效率低下。如将要详细描述的，可以实现更有效的波束成形方法，其模块化天线阵列并在模块中的每个上重复使用相同的尺寸减小的码本，以在每个模块处产生可操控波束。因此，代替对于每个波束的每种可能的元件数量设置需要单独码本的是，模块化波束成形架构可以仅利用在每个模块处对于码字重复使用的单个操控码本。因此，这样可以降低码本存储和控制信令要求，而不牺牲功能。如稍后详述的，模块化波束成形架构可以另外能够实现所谓的“波束增宽”技术以产生更宽的波束，其可以依赖于可能在IF域中操作的单独波束增宽码本。
图4和图5示出上面介绍的模块化波束成形架构的第一和第二实现。图4示出模块化波束成形器400，其可以被配置为在基带和RF域中用四个模块402、404、406和408(其也是RF链)来实施两级波束成形。图5示出模块化波束成形器500，其可以被配置为在用四个模块502-508在基带、IF和RF域中实施三级波束成形。对技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围的情况下，RF链、模块、天线元件等的数量是可扩展的并且可以被改变。因此，在图4和图5中描绘的四RF链/模块架构是示例性的，并且相关联的描述和功能可以被缩放。
如图4所示，除了数字基带波束成形器410和控制电路412之外，模块化波束成形器400可以包括模块/RF链402、404、406和408。模块RF链402-408中的每个可以包括模数转换器/数模转换器(ADC/DAC)402a-408a、混频器402b-408b、分隔器/组合器电路402c-408c、RF移相器402d-408d、发送/接收(T/R)开关402e-408e、功率放大器/低静音放大器(PA/LNA)402f-408f、天线元件402g-408g和码本电路402h-408h。
RF链402-408中的每个可以形成“波束成形模块”，其可以各自包括被配置为共同形成天线波束的L个元件的天线阵列402g-408g的子集。将要详细描述的是，模块402-408中的每个可以用于生成单独的波束(与其他模块分离)，或者可以用于通过协作操作来生成组合波束。模块402-408中的每个可以重复使用相同的优化的“单个模块”码本(即仅包含长度为L的码字，其为任何给定的单个模块的L个元件指定波束成形权重)，并且可以能够同时生成单独的波束或组合波束，而仅依赖于单个模块码本。模块化波束成形器400可以能够动态地适应天线波束以形成不同数量的可操控波束。
模块化波束成形器400可以在发送和接收方向上操作。因此，在发送路径中，数字基带波束成形器410可以接收发送符号s，应用数字波束成形权重以根据基带发送波束成形向量发送符号s，并将所得加权基带符号提供给RF链/模块402-408中的每个。RF链/模块402-408中的每个然后可以用DAC/ADC 402a-408a执行DAC，并用混频器402b-408b将所得模拟基带信号与RF载波频率混合。然后，分隔器/组合器电路402c-408c可以将模拟RF信号分成L个不同的流，以提供给RF移相器402d-408d。然后，RF移相器402d-408d可以各自根据RF发送波束成形矩阵将相应的波束成形权重施加到模拟RF信号，并将加权的RF信号提供给T/R开关402e-408e，T/R开关402e-408e可以切换以按照发送路径进行发送。T/R开关402e-408e然后可以将加权的RF信号传递到PA/LNA 402f-408f，PA/LNA 402f-408f可以执行RF功率放大并将放大的RF信号提供给天线元件402g-408g。然后，天线元件402g-408g可以将放大的RF信号作为无线RF信号发送。
在接收路径中，天线元件402g-408g可以各自接收和转换无线RF信号，以将所得的所接收RF信号提供给PA/LNA 402f-408f。PA/LNA402f-408f可以执行低噪声放大并将放大的RF信号提供给T/R开关402e-408e，T/R开关402e-408e可以切换以根据接收的路径接收，并且因此可以将放大的RF信号传递到RF移相器402d-408d。RF移相器402d-408d可以分别根据RF接收波束成形矩阵应用相应的波束成形权重，并将所得的加权RF信号提供给分隔器/组合器电路402c-408c。分隔器/组合器电路402c-408c然后可以组合所接收的加权RF信号，例如通过对接收到的加权RF信号求和，并将组合的RF信号提供给混频器402b-408b，混频器402b-408b可将来自RF的组合RF信号混合到基带频率。然后，混频器402b-408b可将所得模拟基带信号提供给DAC/ADC 402a-408a，DAC/402a-408a可以执行ADC以产生数字基带样本。DAC/ADC 402a-408a然后可以将数字基带样本提供给数字基带波束成形器410，数字基带波束成形器410可以根据基带接收波束成形向量的波束成形权重组合所接收的数字基带采样以恢复基带符号s。因此，虽然下面的描述可以指代发送背景，但是应当理解，根据本文详述的模块化波束成形方法，模块化波束成形器400可以在发送或接收方向上操作。
控制电路412可以负责控制模块化波束成形器400的波束成形设置，其可以包括波束的数量、分配给每个波束的模块(即对于单独波束和集中波束的情况)以及如由所分配的码字对于模块402-408中的每个所定义的每个波束的方向。由于模块化波束成形器400可以在基带和RF域中采用两级波束成形方法，所以控制电路412可需要选择pBB的基带波束成形权重和pRF的RF波束成形权重两者，并将所选权重指示到在每个模块402-408处的数字基带波束成形器410和RF移相器402d-408d。根据使用情况，基带波束成形权重pBB可以另外根据数字预编码方案来选择，如对于多层案例。
为了计算基带和RF波束成形权重，控制电路412可以首先识别用户数量，选择合适数量的波束，将模块402-408分配给特定波束，并且识别每个波束的期望方向。根据这些因子中的每个，控制电路412然后可以计算pBB和pRF的适当基带和RF波束成形权重，并且指示对数字基带波束成形器410和模块402-408中的每个的选择。控制电路412可以在结构上实现/体现为硬件逻辑，例如为集成电路或FPGA、为软件逻辑，例如为执行程序代码的处理器，所述程序代码定义存储在非暂时性计算机可读存储介质中的算术、控制和I/O指令，或者为硬件和软件逻辑的组合。
数字基带波束成形器410可以被实现为如微处理器的数字处理电路，并且可以从控制电路412接收基带波束成形权重pBB，并将pBB应用于发送符号s(在发送方向上的但为了简单起见此处省略指数)。数字基带波束成形器410可以不依赖于码本，而是可以直接从控制电路412接收pBB的波束成形权重αi,i＝1,2,…,NRF(其中在图4的示例性架构中，NRF＝4)。数字基带波束成形器410然后可以将pBB应用于s，以产生尽管以下描述可以指确定数字基带波束成形权重pBB的控制电路412，但是数字基带波束成形器410可以替代地被配置为在本地计算数字基带波束成形权重pBB，如以便实现数字预编码方案。
控制电路412可以利用基于码本的方法以向RF移相器402d-408d中的每个提供适当的波束成形权重。如图4所示，模块402-408中的每个可以包括码本电路402h-408h，其可以各自包括存储码本的码本存储器。存储在码本电路402h-408h中的每个处的码本可以是相同的码本，即可以包含相同的码字和对应的波束成形权重。尽管在图4中单独描绘，但码本电路402h-408h可以以集中方式实施，例如实施为具有连接到模块402-408中的每个的单个码本存储器的单个码本电路。在这种配置中，控制电路412可以将所选择的码字索引提供到集成码本电路，该集成码本电路可以从码本存储器检索模块402-408中的每个的对应码字，并向RF移相器402d-408d提供控制信令以应用对应码字的波束成形权重。应当理解，集中式和分布式码本方法都在本公开的范围内。
每个码本可以是包含多个码字(每个长度L对应于单个模块的L个元素)的单模块码本，码字各自由码字索引唯一地标识并且各自由多个波束成形权重组成。因此，每个码字可以对应于不同的波束设置，因为每个码字对应于在给定单个模块的RF移相器处应用时将产生特定波束图案的不同波束成形权重集合。例如，如上面关于图3所详细描述的，码本的每个码字V(θ)可以由优化的波束成形权重(线性或非线性)组成，当由给定的单个模块应用时，所述优化的波束成形权重将导致模块在方向φ上产生可操控波束，其中θ＝-kd sin(φ)。
因此，在控制电路412针对将来自给定模块(例如模块402)的定向波束提供到目标点的情况下，控制电路412可以估计目标点的角度方向φ′，识别对应于最接近地匹配φ′的φ的码字V(θ)，并指示所选码字V(θ)的码字索引到码本电路402h。码本电路402h然后可以访问码本存储器以检索V(θ)的波束成形权重(其中码字V(θ)是由波束成形权重组成的向量)，并向RF移相器402d提供波束成形权重。RF移相器402d然后可以将V(θ)的相应波束成形权重应用于输入信号，并且经由发送路径的其余部分将所得信号提供给天线元件402g。作为波束成形权重对每个信号的相位和增益的影响的结果，由天线元件402g发送的信号的所得波阵面将产生在对应于码字V(θ)的角度方向φ上聚焦的波束。
因此，码本可以被预先配置并且随后预先存储在码本电路402h-408h中的每个中。例如，如关于图3所述，可以在预部署码本计算阶段期间计算用于不同角度方向的优化的波束成形权重。码本中的码字的数量可以取决于期望的角度范围和期望的灵敏度。例如，在扇形天线部署情况中，可以将天线阵列402g-408g用于部署在三扇区架构中，其中每个扇区对应于120度。如果期望1度分辨率，则码本可以因此包含120个不同的码字，其中每个码字的波束成形权重可被优化以在120度范围内在相应的不同角度方向上形成操控波束。可以在不脱离本公开的范围的情况下调节和/或缩放码本的许多附加变化和因子。
因此，模块402-408中的每个可以从控制电路412接收码字索引，并且实施在RF移相器402d-408d处的指定码字的波束成形权重。根据由控制电路412确定的期望的波束成形设置，模块402-408中的每个处的码字索引可以是不同的。由每个RF移相器402d-408d应用的波束成形权重的影响可以表征为RF波束成形矩阵pRF，其可以是N×NRF块对角矩阵，其被定义为
其中每个向量vi,i＝1,…,NRF是第i个模块的L×1码字V(θ)。
因此，通过pBB和pRF的数字和RF波束成形的总体效果可以被表征为波束成形向量p＝pRFpBB，其中p是N×1向量，其包含在天线阵列402g-408g的每个天线元件的输出处的组合基带和RF波束成形权重。因此，控制电路412可以被配置为通过为模块402-408中的每个选择和指定特定码字以实施，来控制模块402-408中的每个。码本电路402h-408h中的每个可以存储包含用于单个模块的优化码字的相同单模块码本。
因此，控制电路412可以单独控制模块402-408中的每个以产生指向特定方向的波束，这在多个用户位于不同方向的多用户情况中特别有用。由于模块402-408可以提供模块化波束成形器400的主波束操控能力，因此控制电路412可以以“主要相移角色”来操作模块402-408。控制电路412可以以“次要相移角色”来操作数字基带波束成形器410，这可以包括指示数字基带波束成形器410执行数字预编码和/或提供辅助相位控制以从多个模块402-408生成组合波束。
图6示出示例性情况，其中模块化波束成形器400可以采用模块402-408中的每个以在不同方向上操控单独的波束。如图6所示，模块化波束成形器400可以产生沿φ1、φ2、φ3和φ4方向中的每个(各自相对于天线阵列402g-408g的平面)操控的波束。例如，控制电路412可以从天线阵列平面识别分别位于φ1、φ2、φ3和φ4方向的角方向的四个不同的用户。控制电路412可以因此确定需要至少四个单独的波束来服务所有四个用户，并且因此可以分配模块402-408中的每个以产生朝向φ1、φ2、φ3和φ4方向操控的波束。应该注意的是，对于例如120度范围的码本，码本的范围可以为相对于如图6所示的φ的-60≤φ＜59(度)值。
如前所述，存储在码本电路402h-408h内的码本可以是预配置的并且可以包含多个码字，码字各自被优化用于在特定方向φ上操控单个模块(L个元件)。因此，控制电路412可以从码本中识别出匹配φ1的第一码字V(θ1)(即，如图6所示，被预先配置为产生沿角度方向φ1操控的波束)，匹配φ2的第二码字V(θ2)，匹配φ3的第三码字V(θ3)和匹配φ4的第四码字V(θ4)。如关于图3详细说明，每个码字V(θ)可以是例如具有渐进相位偏移θ的线性渐进相移码字或被优化为逼近具有渐进相移θ的线性渐进相移码字的非线性渐进相移码字。
然后，控制电路412可以经由图4所示的控制线(为了附图的清晰，其在图4中已经被截断)在码本电路402h-408h处向模块402-408中的每个指示所选择的码字索引。码本电路402h-408h然后可以各自分别根据指定的码字索引从码本存储器检索第一、第二、第三和第四码字V(θ1)-V(θ4)，并且将对应于每个码字的波束成形权重应用在相应的RF移相器402d-408d处。如上关于等式(1)所述，模块402-408的第i个模块的波束成形权重可以给定为pRF的L×1向量vi，其中vi＝V(θi)。因此，如图6所示，这样可以产生由分别在角方向φ1-φ4上操控的四个单独的波束组成的波束图案。
控制电路412可以另外需要确定用于由数字基带波束成形器410应用的pBB的基带波束成形权重。由于模块化波束成形器400可以与多个用户一起操作，所以到数字基带波束成形器410的输入可以是Nlayer×1个发送符号向量s(与先前详细描述的单个发送符号s相反)，其中s可以表示为
其中Nlayer给出层的数量，即由模块化波束成形器400并行发送的发送符号的数量。对于这种多层情况，基带波束成形矩阵pBB可以是用于应用于s的NRF×Nlayer如pBBs，从而产生用于输入到模块402-408的NRF×1向量。
因此，数字基带波束成形器410可以根据pBB对s执行数字预编码，以将发送符号si,i＝1,…,Nlayer中的每个加权、组合并映射到模块402-408中的相应一个。在基本情况下，数字基带波束成形器410可以简单地将每个发送符号si映射到模块402-408中的相应一个，例如将第一符号si发送到位于方向φ1的第一用户，将第二符号s2发送到位于方向φ2的第二用户等。因此，数字基带波束成形器410可以不执行任何相位或增益波束成形，并且可以简单地提供每个符号si到相应的模块。这在图6中示出，其中数字基带波束成形器410被描绘为对输入不施加相移(“0”，例如αi＝ej0＝1)。因此，控制电路412可以指示数字基带波束成形器410以根据次要相移角色来设置pBB＝[1 … 1]T。
替代地，模块化波束成形器400可以通过在数字基带波束成形器410处应用更复杂的数字预编码技术来改善接收器性能。更具体地，尽管操控角φ1-φ4有差异，但发送符号s到相应模块的简单映射可导致在目标用户处的过多串扰和接收器性能下降。因此，数字基带波束成形器410可以用pBB执行数字预编码以减少串扰。通过模块402-408应用码字V(θ1)-V(θ4)可以实际上产生在数字基带波束成形器410和模块402-408之间的数字端口处看到的“有效信道”。给定信道矩阵H，有效信道Heff可以表示为Heff＝pRFH。利用数字预编码技术，如零强制预编码，数字基带波束成形器410可以导出应用的数字预编码矩阵pBB，以使串扰最小化并提高接收器性能。然后，数字基带波束成形器410可以将pBB应用于s作为pBBs，并且根据相应的码字V(θ1)-V(θ4)将NRF个结果元素中的每个提供给模块402-408中的相应一个以用于RF波束成形。用于数字预编码的pBB的确定可以在数字基带波束成形器410处或控制电路412处执行；无论如何，控制电路412均可以指示数字基带波束成形器410执行数字预编码，作为次要相移角色的一部分。
控制电路412可以任选地在为模块402-408中的每个选择码字期间执行进一步处理，以便优化所生成的波束图案。例如，控制电路412可以选择码字，使得每个单独的波束图案在其它波束图案的方向上具有空值区域。这样可以减少干涉，并且更有效地支持多用户操作。
控制电路412可以连续地跟踪每个目标点(例如接收器或发射器)的位置，以便通过选择新的码字来周期性地调节操控角φ1-φ4以提供给模块402-408。因此，模块化波束成形器400可随时间动态地适应用户位置。为了同时识别用户的方向φ1-φ4并且跟踪用户位置，模块化波束成形器400可以利用如“扇区扫描”过程的方向确定过程。在这种扇区扫描过程中，控制电路412可以控制模块402-408以递增地操控整个操控范围，例如从-60＜φ＜59(以度为单位)，并且目标用户向控制电路412报告指示哪个φ是最佳的测量。因此，控制电路412可以能够识别为每个用户使用哪个操控方向φ，并且可以周期性地重复扇区扫描过程，以便连续地跟踪用户位置。替代地，假设足够的信道互易性，用户可以周期性地发送模块化波束成形器400可以在模块402-408处接收的参考信号，并且在控制电路412处理以识别最佳接收操控角并随后利用最佳接收操控角作为发送操控角。技术人员已经建立并且将理解此类技术。
因此，模块化波束成形器400可以利用模块化波束成形架构来创建多个操控波束，同时仅利用RF域中的单模块操控码本(其中可以在分布式码本架构中的每个码本电路处使用相同的单模块操控码本)。这样也可以与数字预编码技术兼容，因为控制电路412可以在辅助相移角色中操作数字基带波束成形器410，以主要相移角色基于由模块402-408的RF波束成形而产生的有效信道执行预编码。
另外，如先前所示，模块化波束成形器400可以能够调节每个波束的天线元件的数量，如通过使用模块402-408中的两个或多个来产生具有增加的波束增益的组合波束。模块化波束成形器400可以依赖数字基带波束成形器410以次要相移角色的操作来产生此类组合波束。
由于增加了对波束的贡献的元件数量，组合波束可以增加在给定操控方向φ上的波束增益。如果模块化波束成形器400正在与比模块少的用户通信(例如通过图4的示例性配置的总共四个模块与少于四个用户通信)，相比于模块化波束成形器400可以利用多个模块来产生单个波束的情况，则这可以是有利的。由于每个波束的更多元件增加了波束增益，所以可以期望模块化波束成形器400在每个波束采用多个模块(当可能时)。
然而，这样可以常规地要求单独的码本，这取决于每个天线波束使用的元件的数量，从而要求在码本电路402h-402h处的大码本存储器来存储每个支持的码本。例如，虽然可以优化给定码字V(θ)以便通过L个元素在方向φ上操控，但是可需要完全不同的码字V′(θ)以在方向φ上操控，其中L′≠L，如L′＝2L；换句话说，用于L个元件的优化码字可以完全不同于用于2L个元件(两个模块)、4L个元件(四个模块)等的优化码字，其可以因此调用多个码本，该多个码本各自针对操控不同数量的元件而被优化。
相反，码本电路402h-402h可以各自仅存储包含用于单模块操控的优化码字的单模块码本，如图7所示。为了仅使用单模块操控码本来支持每个波束的可变数量的天线元件，模块化波束成形器400可以依赖于主要移相器和次要移相器之间的相互作用，即RF移相器402d-408d和数字基带波束成形器410，以便控制由模块402-408产生的可变数量的波束。
图7示出模块化波束成形器400可以利用图6的相同的单模块码本以便从所有模块402-408在方向φ5上产生单个波束的示例性情况。如图7所示，控制电路412可以将主要移相器/模块402-408中的每个设置为码字V(θ5)，并将每第i个次要移相器(数字基带波束成形器410的α1-α4设置在单层情况下，例如有其中pBB作为NRF×1向量)设置为具有(i-1)Lθ5的相位，即设置和基带和RF波束成形向量/矩阵pBB和pRF可以在数学上表示为
由天线阵列402g-408g产生的组合波束因此可以由来自每个天线元件的各个波束组成，每个天线元件可以各自组合以产生具有在方向φ5的最大波束增益的单个聚合波束。通过将主要移相器/模块402-408中的每个设置为码字V(θ5)并将第二移相器/数字基带波束成形器410设置为Lθ5的线性渐进相移，模块化波束成形器400可以实际上依赖于通过线性渐进相移元件使波束增益最大化的相同原理。因此，由于每个相邻模块之间的相对相位差为Lθ5＝Lkd sin(φ5)并且根据优化的码字V(θ5)沿方向φ5操控每个模块，如图7所示的所得组合波束可以在方向φ5以最大波束增益操控。
因此，模块化波束成形器400可以在模块402-408中的每个处使用相同的优化的单模块码本，以从多个模块生成组合波束。模块化波束成形器400可以使用相同的单模块码本在模块402-408所生成的多个波束之间动态地切换。为了在图6的多波束设置和图7的单波束设置之间转换，控制电路412可能仅需要为主要移相器/模块402-408选择适当的码字，并为次要移相器/数字基带波束成形器410选择相应的波束成形权重，并且并向码本电路402h-408h和数字基带波束成形器410提供对应的控制信令。这样可以因此允许控制电路412随时间动态地调节模块化波束成形器400的波束成形设置，而不需要依赖于多个码本。
在略微的修改中，控制电路412还可以指示数字基带波束成形器410执行数字预编码，而不是严格依赖于Lθ相分离。尽管在某些情况下，模块402-408之间的Lθ相分离可以是最佳的，但是数字基带波束成形器410可以替代地通过应用数字波束成形技术来确定不同的基带波束成形向量pBB，该技术基于由在模块402-408中的每个处应用码字V(θ5)所导致的有效信道Heff。此类技术可以依赖于反馈和/或探测以便导出有效信道Heff的估计，并且随后确定基带波束成形向量pBB。
许多附加的波束成形设置可用于包括不同数量的波束、波束的方向、每波束的元件等的模块化波束成形器400。图8示出另一种可能的波束成形设置，其中模块化波束成形器400可以从天线阵列402g-408g生成三个波束，其中模块402和404在角方向φ6处产生组合波束，模块406在角方向φ7产生波束，并且模块408在角方向φ8处产生波束。如在主要移相器/模块402-408和次要移相器/数字基带波束成形器410的设置中所指示的，控制电路412可负责选择pRF的码字和pBB的复权重以实现期望的波束成形设置。
具体地，为了从模块402和404在角度方向φ6处产生组合波束，控制电路412可以通过向码本电路402h和404h提供V(φ6)的码字索引，将码字V(φ6)分配给模块402和404两者，从而提示码本电路402h和404h各自从码本存储器检索V(φ6)的波束成形权重并在RF移相器402d和404d处应用波束成形权重。类似于关于图7详细描述，控制电路412可需要将次要移相器/数字基带波束成形器410设置为适当的相移值，以便使方向φ6上的组合波束的波束增益最大化。因此，控制电路412可以指示数字基带波束成形器410设置α1＝1和以便使模块402与模块404相位差θ6。
由于控制电路412可以分配模块406和408两者以分别产生沿φ7和φ8操控的单独波束，所以控制电路412可以为α3和α4向数字基带波束成形器410分配单位复权重(即零相移和单位增益)，即α3＝1和α4＝1。为了分配模块406和408以分别沿φ7和φ8操控，控制电路412可以对于φ7识别码字V(θ7)并且对于φ8识别V(θ8)，并分别将对应的码本索引提供给码本电路406h和408h。码本电路406h和408h然后可以分别检索V(θ7)和V(θ8)的对应波束成形权重，并且在RF移相器406d和408d处应用波束成形权重，以便产生在φ7和φ8处操控的各个波束，如图8所示。
控制电路412可以类似地通过调节次要移相器/数字波束成形器410的基带波束成形权重和主要移相器/模块402-408的RF波束成形权重来调节天线阵列402g-408g，以形成任意数量的变化的波束图案。每个此类配置可以重复使用针对操控单个模块进行优化的相同的码本，因此与传统的多模块码本相比，减少在码本电路402h-408h处的存储器需求并简化了控制信令。
如前所述，图4所示的模块化波束成形器400的架构可以根据上面包含的展示说明被缩放到任何L，NRF，N(其中N＝LNRF)等。因此，可以利用模块化架构来实现由任何数量的天线元件形成的任何数量的波束。另外，虽然上面的描述集中在使用主要移相器/模块402-408和次要移相器/数字波束成形器410进行相移，但是应当理解，pBB和pRF的波束成形权重可以应用相移和增益因子两者以操控天线阵列波束。
如上面简要介绍的那样，可以如图5所示扩展模块化波束成形架构以具有包括基带、IF和RF波束成形的三级波束成形。模块化波束成形器500可以采用与模块化波束成形器400相同的许多组件，包括四个RF链/模块502-508(稍微修改，如下所述)、数字基带波束成形器510和控制电路512。模块502-508中的每个可以包括ADC/DAC502a-508a、分隔器/组合器电路502b-508b、IF移相器502c-508c、混频器502d-508d、分离器/组合器电路502e-508e、RF移相器502f-508f、T/R开关502g-508g、PA/LNA 502h-508h、天线元件502i-508i和码本电路502j-508j。
类似地于模块化波束成形器400，模块化波束成形器500可以与模块502-508一起操作作为“主要移相器”，该主要移相器各自被配置为通过与以“次要移相器”角色操作的数字基带波束成形器510协作而与单模块码本形成单个或组合的波束。模块化波束成形器500还可以能够操作连接到IF移相器502c-508c中的每个的天线元件作为子模块；然而，这将在后面详细描述。
通过如图4和图5的比较可以看出，模块502-508中的每个可以将分隔器/组合器502b-508b的输出路径(在发送方向上)馈送到IF移相器502c-508c中的相应一个，之后输出信号可以通过混频器502d-508d混合到RF域并且然后在被馈送到RF移相器502f-508f之前再次被分离器/组合器502e-508e分离。因此，在将NRF个基带输出中的每个再分成用于每个模块的RF移相器的P＝L/M个输入信号之前，NRF个基带输出中的每个可以被分成每个模块的M个IF移相器的M个输入信号，其中在图5所示的模块化波束成形器500的示例性架构中，NRF＝4，M＝4，P＝4，L＝16并且N＝64。如前所述，模块化波束成形器500的架构可以是可扩展的。
N×1发送波束成形向量p可以适于包括IF波束成形阶段如
p＝pRFpIFpBB(5)
其中pBB是NRF×1向量(对于单层情况)，pIF是NRFM×NRF矩阵，并且pRF是N×NRFM矩阵，其中NRFM是IF移相器的总数(每个RF链M个)。因此，pBB可以将输入符号s加权并映射到每个NRFRF链，pIF可以将RF链输入加权并映射到NRFM移相器中的每个，并且pRF可以将IF移相器输入加权并映射到N个天线元件中的每个。
RF波束成形矩阵pRF因此可以是由向量组成的块对角矩阵，其为以下形式
其中每个向量v是包含连接到相同的IF移相器(其中IF移相器502c-508c中的每个馈入RF移相器502f-508f的P个)的给定一组P个RF移相器的RF波束成形权重的P×1向量。
IF波束成形矩阵pIF可以是由向量组成的块对角矩阵，其为以下形式
其中每个向量w是包含给定模块的M个IF移相器的IF波束成形权重的M×1向量(其中模块502-508中的每个包含IF移相器502c-508c中的M个)。
基带波束成形矩阵pBB可以具有与上述相同的形式；即以下形式的用于单层操作的NRF×1向量
或如下的用于多层操作的NRF×Nlayer矩阵
发送波束成形向量p可以重写为
其中每个pi,i＝1,…,NRF是由下式给出的L×1向量
其中RF波束成形权重vM(i-1)+1:Mi是第i个模块的RF移相器的L个RF波束成形权重(其中每个v包含P个RF波束成形权重)。
IF移相器502c-508c中的每个可以是模拟移相器(并且可以另外具有增益分量)，并且因此可以具有比RF移相器502f-508f更高的分辨率，例如1度分辨率。控制电路512可以根据码本(如结合RF移相器508c-508f的操控码本或用于控制波束增宽的扩展码本)来控制IF移相器502c-508c中的每个。
IF移相器502c-508c的添加可以允许模块化波束成形器500调节pIF的IF波束成形向量中的每个的IF波束成形权重，这可以针对可用的波束成形设置为模块化波束成形器500提供更大的控制权。具体地，模块化波束成形器500可以利用IF波束成形向量以支持更优化的码本(通过同时利用每个码字的IF和RF波束成形)或提供波束增宽功能。
在支持优化的码本方面，包含IF移相器502c-508c可使得模块化波束成形器500能够利用同时利用RF和IF波束成形的码字V(θ)。由于模块502-508中的每个都包含L个RF移相器和M个IF移相器，所以模块化波束成形器500可以利用由L个RF波束成形权重vM(i-1)+1:Mi和M个波束成形权重(wi)组成的码字V(θ)；换句话说，用于操控的每个码字V(θ)可以指定L个RF移相器中的每个和M个IF移相器中的每个的波束成形权重。
因此，模块化波束成形器500可以能够利用具有改进的操控灵敏度的码字(虽然以增加的存储器存储和控制信令开销为代价)。例如，对于线性渐进相移码字的量化，IF移相器502c-508c的包含可以允许通过IF波束成形权重修改每P个(由IF移相器馈送的RF移动器的数量)RF输入；因此，这样可以允许选择IF相移值，使得对应的RF移相器“继承”将允许组合的RF和IF相移更接近地与每个元件之间的期望的θ相分离对准的相移。另外，在非线性优化码字方法中，可以调节pRF的RF波束成形权重和pIF的IF波束成形权重的值，以便确定由L个RF波束成形权重(vM(i-1)+1:Mi)和M个IF波束成形权重(wi)组成的优化码字。因此，波束增益建模函数F(β,p,φ)可以另外包括IF权重向量ρ作为输入，并且可以解以确定由β(vM(i-1)+1:Mi)和ρ(wi)组成的优化码字V(θ)，即L个RF波束成形权重和M个IF波束成形权重。根据每个模块的期望的操控方向，控制电路512因此可以为模块502-508中的每个分配单独的码字V(θ)，码本电路502j-508j中的每个可以分别从码本存储器检索并在IF移相器502c-508c和RF移相器502f-508f处应用。因此，与模块化波束成形器400的L元件码字相反，模块波束成形器500可以采用L+M个元件码字V(θ)来支持RF和IF波束成形两者。
模块化波束成形器500可以以与上面关于模块化波束成形器400详述相似的方式提供多个波束支持。例如，为了支持例如位于相对于天线阵列502h-508h的方向φ1、φ2、φ3和φ4中的每个的四个单独的用户，控制电路512可以识别φ1、φ2、φ3和φ4中的每个，并分别分配对应的码字V(θ1)、V(θ2)、V(θ3)和V(θ4)给码本电路502j-508j。如前所述，码字V(θ1)-V(θ4)中的每个可以是由M+L个波束成形权重组成并且各自被设定为在φ1-φ4中的相应一个上操控模块502-508的线性渐进相位码字或优化的非线性码字。控制电路512还可以经由数字基带波束成形器510的控制来采用数字预编码，数字基带波束成形器510可以根据如零强制预编码的数字预编码方案基于有效信道Heff导出pBB。
模块化波束成形器500可以以与模块化波束成形器400相同的方式，即通过以次要移相器角色采用数字基带波束成形器510，来生成具有模块502-508中的两个或更多个的组合天线波束。类似于图7和8中详细描述的，为了在给定方向φ上产生波束，控制电路512可以对多个模块502-508分配相同码字V(θ)(从而指定相同的RF波束成形权重vM(i-1)+1:Mi和IF波束成形权重wi)，并且针对所选择的模块，对数字基带波束成形器510分配相隔Lθ的pBB的基带波束成形权重。因此，以与模块化波束成形器400相同的方式，模块化波束成形器500可以在仅使用用于操控的单模块码本的情况下，通过多个模块502-508产生在给定方向φ上具有最大波束增益的组合波束。
模块化波束成形器500可以替代地使用IF移相器502c-508c来在产生组合波束时执行次要相移角色。由于IF移相器502c-508c可用于实现每个码字V(θ)中的IF级波束成形，所以其可更直接地依赖数字基带波束成形器510来承担次要相移角色，并且使IF移相器502c-508c保持在主要相移角色(以及RF移相器502f-508f)。然而，由于组合波束功能需要所涉及的模块之间的Lθ的相分离，所以模块化波束成形器500可以能够利用次要相移角色的IF移相器502c-508c。例如，不是利用pBB的基带波束成形权重α来产生组合波束的模块之间必需的Lθ相分离，而是控制电路512通过将IF波束成形权重wi分配给相隔Lθ的模块502-508中的每个来实现Lθ相分离。例如，在IF移相器502c-508c中的每个被分配IF波束成形权重作为给定码字V(θ)的一部分(例如，以从模块502-508中的每个共同实现组合波束)的实现中，控制电路512可以将Lθ的相移添加到每个IF移相器504c的波束成形权重(例如，将Lθ加到w2的每个元素的相位，例如w2ejLθ)，将2Lθ的相移加到每个IF的波束成形权重移相器506c的波束成形权重(例如w3)，以及将3Lθ相移加到每个IF移相器508c的波束成形权重(例如w4)，从而在模块502-508之间产生Lθ相分离。
如果控制电路512被限制到单模块码本的码字以控制IF移相器502c-508c，这可能是困难的。因此，在使用次要移相器角色的IF移相器502c-508c的替代实现中，模块化波束成形器500可以利用基于码本的方法来控制RF移相器502f-508f(以主要移相器角色)和直接控制方法(即没有码本)来控制IF移相器502c-508c。在直接控制方法中，控制电路512可以直接指定IF移相器502c-508c中的每个的值，例如通过B位数字控制线。由于这样可以增加控制信令开销，可能有利的是用数字基带波束成形器510实施组合波束，假设次要移相器用于强制Lθ相分离；然而，这两个实现都在本公开的范围内。
作为采用IF移相器502c-508c来操控码字的替代方案，模块化波束成形器500可以利用IF移相器502c-508c来实现波束增宽。模块化波束成形器500可以“增宽”天线波束以便覆盖更大的区域，例如为了针对不能可靠地估计其位置的用户或扇区扫描过程。图9示出这种波束增宽的示例性说明，其中模块化波束成形器500可以应用波束增宽技术来增宽波束910以获得波束920。如前所述，从多个模块生成组合波束可以在操控方向φ上提供更大的波束增益。然而，由多个模块的协作产生的组合波束，例如，波束910可以比从单个模块产生的波束窄得多。可以通过半功率波束宽度(HPBW)来定量地测量波束的宽度，即“波束宽度”，其是天线辐射图的幅度减小一半，即50％或3dB的角分离。天线阵列的HPBW可与天线元件的数量成反比；换句话说，天线阵列的HPBW可以随着阵列元件的数量的增加而减小(即波束变窄)。例如，具有2L个元件的均匀线性阵列可以具有与具有L个元件的均匀线性阵列一半宽度的HPBW。结果是，由具有多个模块的模块化波束成形器500产生的组合波束可以比由单个模块产生的波束更窄，即相对于由单个模块生成的波束具有更小的HPBW。尽管在某些情况下，如为了最小化不同用户之间的干涉而可需要窄波束，但是过窄的波束可需要高度的方向精确度，并且可能易受突然的用户移动和/或不精确的用户位置确定的影响。
因此，模块化波束成形器500可以被配置为实施波束增宽技术以增宽天线波束。虽然由于相关联的减少的HPBW而使波束增宽特别适用于组合波束，但是模块化波束成形器500还可以对单个模块波束采用波束加宽。将要详细描述的是，模块化波束成形器500可以能够采用用于波束增宽的不同技术。
在第一波束增宽技术中，模块化波束成形器500可以根据预定义的相位分布模式通过跨对应的天线元件产生相位分布来增宽由模块502-508中的一个或多个产生的波束。如前所述，模块化波束成形器500可以通过操纵IF移相器502c-508c的波束成形权重wi的相位来应用这种相位分布；然而，模块化波束成形器500可以替代地通过操纵RF移相器502f-508f的波束成形权重vM(i-1)+1:Mi来应用相位分布。
例如，在等式(12)中提供了示例性的预定义波束增宽模式。可以通过对天线阵列的每第n个元素应用相位分布γ(n)来增宽天线阵列波束，即根据γ(n)分离每个天线的相位，其中给出γ(n)被给出为
对于n＝1,…,N′，其中N′是阵列中元件的数量，c是定义增宽值的设计变量，并且p是允许调节旁瓣和可能调节主瓣的常数。尽管在下面的描述中可以参考等式(12)的γ(n)，但可以类似地应用基于其他γ(n)的增宽相位分布。
因此，在模块化波束成形器500可以直接控制RF移相器502f-508f的波束成形权重(例如基于非码本的方法)的最佳情况下，控制电路512可以计算出给定天线波束的N′个元件的γ(n)(例如对于单个波束，N′＝L，对于来自两个模块的组合波束，N′＝2L等)，并且将γ(n)加到RF移相器502f-508f的第n个RF移相器的波束成形权重的相位(例如通过将每个第n个RF波束成形权重乘以ejγ(n))，从而在N′个元素上产生相位分布γ(n)。结果，对应的波束可以根据增宽因子c而增宽，例如如图9对于波束910和920所示。在图9的背景下，其中所有四个模块502-508协作以形成波束920，控制电路512可以将γ(1)至γ(L)加到RF移相器502f的波束成形权重v1:M的相位(其中每个v1:M是P×1向量，从而对于与γ(1)至γ(L)的各个和产生PM＝L波束成形权重)，将γ(L+1)至γ(2L)加到RF移相器504f的波束成形权重vM+1:2M的相位，将γ(2L+1)至γ(3L)加到RF移相器506f的波束成形权重v2M+1:3M的相位，以及将γ(3L+1)至γ(4L)加到RF移相器508f的波束成形权重v3M+1:4M的相位。尽管这里关于模块化波束成形器500进行详细描述，但模块化波束成形器400还可以能够通过在N个RF移相器402d-408d上应用相位分布来通过RF射频器402d-408d应用这种波束加宽；替代地，模块化波束成形器400和500两者可以能够通过在NRF基带输出上产生相位分布来分别通过数字基带波束成形器410和510进行增宽。
使用RF移相器502f-508f创建相位分布γ(n)可能需要控制电路512能够对RF移相器502f-508f中的每个的RF波束成形权重直接添加相应的γ(n)。这可能需要对RF移相器502f-508f的波束成形权重的直接控制，这可以不符合如上针对产生可操控波束所述的基于码本的控制方法。
因此，模块化波束成形器500可以通过分配RF移相器502f-508f来执行操控和分配IF移相器502c-508c以执行增宽来代替性地将操控功能与增宽功能分离。因此，控制电路512可以用操控码本控制RF移相器502f-508f，同时用增宽的码本分别控制IF移相器502c-508c。
操控码本可以包含仅RF码字V(θ)(对应于vM(i-1)+1:Mi)，并且可以以与先前详细描述的相同的方式起作用。因此，控制电路512可以以主要相移角色为每个相应的模块502-508分配操控码字V(θ)，并利用次要相移角色的数字基带波束成形器510来创建单个或组合的可操控波束。在控制电路512决定增宽给定波束(单个或组合)的事件中，控制电路512可以针对对应的IF移相器(即与给定波束/分配到给定波束的模块的部分相关联的IF移相器)从增宽码本选择增宽码字D(c)，并且经由相关联的码本电路将所选择的增宽码字D(c)分配给相应的IF移相器。
因此，码本电路502j-508j可以各自包含含有操控码字V(θ)的操控码本和包含增宽码字D(c)的扩展码本。增宽码字D(c)中的每个可以被预先配置以根据增宽因子c产生波束增宽效应，其中较大的c值可以产生具有较大HPBW的增宽波束。等式(12)可以表示基于IF的增宽背景(与基于RF的增宽相反)
对于m＝1,…,M′，其中M′给出与用于增宽的目标的波束相关联的IF移相器的数量。例如，双模组合波束可产生M′＝2M，因此需要将相位分布γ(m)应用在两个模块的2M个总IF移相器上。
为了用M′个IF移相器对给定波束进行波束增宽，模块化波束成形器512可需要在M′个IF移相器上产生相位分布γ(m)，即通过将相位分布γ(m)应用到所涉及模块的IF波束成形权重wi。由于相位分布γ(m)取决于M′，所以γ(m)可以根据与用于增宽的波束相关联的IF移相器的数量(即分配给目标波束的模块的数量)而变化。因此，模块化波束成形器500可需要利用多个增宽码本(与单个操控码本相比)，其中每个增宽码本包含用于不同M′的增宽码字D(c)。例如，模块化波束成形器500可需要采用不同的增宽码本，即对于来自单个模块(M′＝L)的单个波束的第一增宽码本，对于来自两个模块的组合波束的第二增宽码本(M′＝2L)等。因此，控制电路512根据分配给控制电路512旨在增宽的波束的模块的数量，可以从适当的增宽码本中选择增宽码字D(c)。
给定的增宽码本的每个增宽码字D(c)可以提供不同程度的增宽。例如，第一增宽码本可以包含例如4个不同的码字D(c1)、D(c2)、D(c3)和D(c4)，其中D(c1)根据第一增宽因子c1提供增宽，D(c2)根据第二增宽因子c2提供增宽等。每个增宽码本可以类似地包含多个不同的增宽码字D(c)(其中每个增宽码本可以包含相同或不同数量的增宽码字D(c))。因此，为了对给定的波束进行扩展，控制电路512可以基于分配给目标波束的模块的数量来识别适当的增宽码本，并且选择提供期望的增宽程度的增宽码字D(c)。然后，控制电路512可以将所选择的增宽码字D(c)指定到适当模块(分配给目标波束的模块)的码本电路，其可以检索对应于D(c)的增宽权重并将增宽权重应用于相应的IF移相器作为所涉及模块的IF波束成形权重wi。如上所述，码本电路502j-508j可以被分配(每个模块一个，例如如图5所示)或集中，即连接到所有模块502-508的单个码本电路。由于增宽相位分布γ(m)可以应用于多于一个模块的IF移相器，集中式码本电路可以更适合于增宽方法；然而，这两个实现都在本公开的范围内。
在图9的示例性背景中，控制电路512可以增宽由所有模块502-508共同生成的波束910以获得波束920。控制电路910可以通过向模块502-508中的每个分配相同的码字V(θ)来在方向φ操控波束920，并且以次要相移角色产生与数字基带波束成形器512的Lθ相分离。为了进行增宽，控制电路512可以识别分配给波束920的模块502-508中的全部四个，并且因此可以利用增宽码本进行相位分布γ(m)，其中M′＝4M，即模块502-508中的IF移相器的总数。
然后，控制电路512可以识别期望的增宽因子c，并从增宽码本中选择对应的码字D(c)。类似于上面关于基于码字的操控方法的详细描述，控制电路512可以识别所选择的码字D(c)的适当码字索引，并指示码本索引到码本电路502j-508j，码本电路502j-508j可以访问码字存储器并检索对应于D(c)的波束成形权重。然后，码本电路502j-508j可以在IF移相器502c-508c处将D(c)的波束成形权重应用为IF波束成形权重w1:4，以便产生与D(c)相关联的相位分布γ(m)，从而产生增宽的波束920。更具体地说，码本电路502j可以向IF移相器502c分配γ(1)到γ(M)(例如设置w1＝[ejγ(1) … ejγ(M)])，码本电路504j可以向IF移相器502c分配γ(M+1)到γ(2M)(例如设置w2＝[ejγ(M+1) … ejγ(2M)])，码本电路506j可以向IF移相器506c分配γ(2M+1)到γ(3M)(例如设置w3＝[ejγ(2M+1) … ejγ(3M)])，码本电路508j可以向IF移相器508c分配γ(3M+1)到γ(4M)(例如设置w4＝[ejγ(3M+1) … ejγ(4M)])。如上所述，码本电路502j-508j可以实现为连接到模块502-508中的每个的集中式码本电路。在这种实现中，每个码字D(c)可以由M′个元件组成(取决于对应的增宽码本)，控制电路512可以向集中控制电路指示。然后，集中式控制电路可以从增宽码本存储器中检索D(c)，并将D(c)的增宽权重应用于M′个IF移相器。由于每个增宽码字D(c)旨在在M′个相关联的IF移相器上产生相位分布γ(m)，每个增宽码字D(c)可以由M′个元素组成，其中每个第m个元素被给出为ej γ(m)。集中式和分布式码本电路都在本公开的范围内。尽管以上仅作为相位方法详细描述，例如通过将IF波束成形权重wi的元素设置为ejγ(m)，模块化波束成形器500可以替代地利用相位和增益方法这两者来执行波束增宽。
因此，模块化波束成形器500可以通过在与波束相关联的模块的M′个IF移相器上产生增宽相位分布γ(m)，来利用第一波束增宽技术来增宽波束以改变数量的模块。如上所述，控制电路512可以维持使用包含用于操控的优化码字V(θ)(线性或非线性RF码字)的单模块码本，同时还采用由增宽码字D(c)组成的一个或多个增宽码本，其中每个增宽码本对应于参与波束增宽的特定数量的IF移相器，并且每个增宽码字D(c)根据增宽因子c提供不同程度的增宽。
可以基于与每个增宽码本相关联的模块的数量来预配置每个增宽码本的码字的增宽因子。如上所述，给定天线波束的HPBW与有助于天线波束的天线元件的数量成反比；因此，由大量模块形成的天线波束可产生较窄的波束。因此，可以预先配置与较大数量的模块(即，大的M′，例如四个或更多个模块)相关联的增宽码本，以包含具有较大增宽因子的增宽码字D(c)，而不是增宽具有较少数量模块的码本。例如，对于两个或更少的模块，用于四个模块(M＝4L)的增宽码本中的增宽码字D(c)可以具有比增宽码本中的增宽码字D(c)更高的增宽因子c。此外，模块化波束成形器500可以仅对由更多数量(例如四个或更多个)的模块产生的波束使用波束增宽，因为仅由更多数量的模块产生的波束可以足够窄以保证波束增宽。
模块化波束成形器500可以独立于波束的操控方向φ在给定波束上实施第一波束增宽方法，如通过分别在RF移相器502f-508f和IF移相器502c-508c之间分离操控和扩展功能。如上详细描述，这样可以允许模块化波束成形器500仅使用单模块操控码本和一个或多个增宽码本来执行多波束、组合波束和增宽中的每个。另外，模块化波束成形器500可以被配置为根据操控方向φ执行波束增宽。例如，如先前所述，天线阵列502i-508i可以部署为扇区化天线结构的一部分，其中天线阵列502i-508i可以被分配给例如基站的120度区域。因此，操控方向φ的范围可以从例如-60至59度。由于此类波束位于操控范围的边缘附近，所以模块化波束成形器500可以不需要增宽与相对于操控范围在中心的波束同样接近-60或59度的方向上操控的波束。
图10示出表1000，其详细描述了用于具有8个RF链/模块的实现的示例性增宽码本配置，其中模块化波束成形器500可以根据与目标波束相关联的模块的数量和目标波束的操控方向φ来执行增宽。表1000的各项是等式(13)的相位分布γ(m)中的增宽因子c，其中p＝2，其中如先前详细描述的相对于较小c值的产生较大波束(较高HPBW)的较大c值。如表1000所示，模块化波束成形器500可以不对由一个或两个模块产生的波束执行任何波束增宽。因此，控制电路512可以不将增宽码字D(c)分配给IF移相器，或者可以分配不产生任何增宽的默认“空值”增宽码字D(c＝0)。
相反，模块化波束成形器500可以对由四个或八个模块产生的波束执行波束增宽。由于由八个模块产生的波束可以比由四个模块产生的波束窄(例如由于是天线元件的数量的两倍，HPBW的50％)，控制电路512可以选择具有相对于四模块波束较高的针对八模块波束的增宽因子c的增宽码字D(c)。此外，控制电路512可以选择具有较高增宽因子c的增宽码字D(c)，其中较高增宽因子c是针对在具有操控范围中心的操控方向φ的光束(相对于具有朝向操控范围边缘的操控方向的波束)。
在表1000的示例性情况中，码本电路502j-508j的增宽码本存储器可以只需要保存两个增宽码本：用于增宽四模块波束的码字D(c)的第一增宽码本和用于增宽八模块波束的码字D(c)的第二增宽码本。从表1000所示的增宽因子c可以看出，第一增宽码本可以包含例如D(c＝0.3)、D(c＝0.4)、D(c＝0.5)和D(c＝0.8)(全部对应于γ(m)其中M′＝4L)中的四个不同的增宽码字，而第二个增宽码本可以包含例如D(c＝0.8)、D(c＝0.9)、D(c＝1.0)和D(c＝1.2)(全部对应于具有γ(m)，其中M′＝8L)中的四个不同增宽码字。因此，这两个增宽码本可以包括对于每个IF移相器502c-508c的总共8个增宽码字D(c)。根据期望的精度，增宽码字D(c)中的每个可以利用不同数量的位，如每增宽码字D(c)12位。
因此，控制电路512可以根据类似于基础表1000的控制逻辑来起作用。例如，控制电路512可以对由例如四个或更多模块产生的任何天线波束执行波束增宽，其中控制电路512可以基于每个波束的模块数量和波束的操控方向φ来选择特定的增宽程度。因此，控制电路512可以识别用于给定波束的模块的数量，用于波束的操控方向φ，并且随后根据特定的增宽标准选择适当的增宽码字D(c)。然后，控制电路512可以指示对适当码本电路的选择，该电路可以通过对应的IF移相器根据指定码字D(c)在波束上产生波束增宽。
在确定是否在给定波束上执行波束增宽和/或波束增宽程度来执行时，控制电路512可以任选地考虑附加标准。例如，在多波束操作期间，控制电路512可需要比较每个波束的操控方向φ，以确保波束增宽不会在波束之间产生干涉。此外，如果目标移动快速和/或不可预测地移动，则控制电路512可以决定执行波束增宽，以补偿确定目标的位置的潜在不准确性。
如上所述，模块化波束成形器500可以能够根据包括第一波束成形技术的多波束增宽技术来执行波束增宽。在第二波束成形技术中，模块化波束成形器500可以被配置为通过产生具有主瓣和空值的第一操控波束，并且同时产生具有在第一操控波束的空值中的主瓣和在第一波束的主瓣中的空值的第二操控波束，来创建更宽的波束。图11示出图表1100中的示例性描绘，其中控制电路512可以选择第一码字V(θ1)以沿方向φ1＝0操控波束1110，并且选择第二码字V(θ2)以沿方向φ2＝20度操控波束1120，其中码字V(θ1)和V(θ2)可以是仅RF或IF-和RF-波束成形码字以及线性或非线性优化码字。如图表1110所示，这样可以产生可以共同形成“更宽”的波束的波束1110和1120。虽然第二波束成形技术在某些情况下可以是有效的，但是具有适当操控的主瓣和空值的相邻波束的创建可以是复杂的；因此，第一波束成形技术可以更适用。
而模块化波束成形器500在上面详细描述为被配置为从模块502-508中的每个产生单个波束，例如，在图5的示例性配置中多达四个单独可操控的波束。模块化波束成形器500还可以被配置为从与每个IF移相器相关联的“子模块”产生各个波束。如前所述，每个IF移相器502c-508c可以连接到RF移相器502f-508f的P个RF移相器，并且类似地天线阵列502i-508i的P个天线元件。与以主要相移角色使用模块502-508中的每个的L个天线元件产生多达NRF个可操控波束相反，模块化波束成形器500可以替代地利用连接到MNRF移相器502c-508c中的每个的P个天线元件以产生高达MNRF个可操控波束。在这种实现中，模块化波束成形器500可以针对每个子模块以主要相移角色利用P个天线元件中的每个并且以次要相移角色利用MNRF个IF移相器，从而允许模块化波束成形器500类似地通过子模块中的每个产生多个波束和组合波束。这可以以与先前详细描述的类似的方式起作用，其中控制电路512为每个子模块选择码字(由P个元件组成的每个码字)以操控每个波束，并为每个IF移相器分配波束成形权重(基于码本或基于非码本的)来实施从多个子模块生成组合波束所需的Pθ相分离。
图12示出操作包括多个天线阵列的无线电通信设备的方法1200，其中多个天线阵列被配置为根据相应波束成形码字生成可操控天线波束。如图12所示，方法1200包括从单天线阵列操控码本向多个天线阵列中的每个分配相应的波束成形码字，以在多个RF链中的每个处产生可操控波束(1210)，对多个天线阵列的信号应用信号加权，以在第一操控方向对准来自多个天线阵列的第一子集的可操控波束，从而形成组合天线波束(1220)，并且调节对多个天线阵列的信号的信号加权，以使来自多个天线阵列的第二子集的可操控波束对准，从而形成第二组合天线波束(1230)。
在本公开的一个或多个进一步的示例性方面中，上文参考图1至图11描述的一个或多个特征可以进一步并入到方法1200中。具体地，方法1200可以被配置为执行如关于模块化波束成形器400和/或模块化波束成形器500的详细描述的其他和/或替代的过程。
术语“用户设备”、“UE”、“移动终端”、“用户终端”等可以应用于任何无线通信设备，包括蜂窝电话、平板电脑、笔记本电脑、个人计算机、可穿戴设备、多媒体播放和其他手持设备电子设备、消费者/家庭/办公室/商业电器、车辆以及能够进行无线通信的任何数量的附加电子设备。
尽管上述描述和连接图可以将电子设备部件描述为单独的元件，但是熟练技术人员将理解将分立元件组合或集成到单个元件中的各种可以性。这可以包括组合用于形成单个电路的两个或多个电路，将两个或更多个电路安装到公共芯片或机架上以形成集成元件，在公共处理器核上执行分立的软件组件等。相反，技术人员将认识到将单个元件分离成两个或更多个分立元件的可以性，例如将单个电路分为两个或更多个独立电路，将芯片或底盘分离成最初设置在其上的分立元件，将软件组件分成两个或多个部分并执行每个在单独的处理器核心等上。
应当理解，本文详述的方法的实现在本质上是示范性的，并且因此被理解为能够在相应的设备中实现。同样，应当理解，本文详细描述的设备的实现被理解为能够被实现为对应的方法。因此可以理解，对应于本文详述的方法的设备可以包括被配置为执行相关方法的每个方面的一个或多个部件。
以下示例涉及本公开的其他方面：
示例1是无线电通信设备，其包括：多个天线阵列，每个天线阵列被配置为根据相应的波束成形码字生成可操控天线波束，其中多个天线阵列中的每个被配置为从单个天线阵列获得相应的波束成形码字，该阵列操控码本被多个天线阵列中的每个重复使用；以及波束成形电路，被配置为对多个天线阵列的信号进行加权，以协调来自多个天线阵列的子集的可操控天线波束，以在第一操控方向形成组合天线波束。
在示例2中，示例1的主题可以任选地包括其中各个波束成形码字各自包括多个复值波束成形权重，并且其中多个天线阵列被配置为通过将相应波束成形码字的多个复波束成形权重应用到每个天线阵列的多个加权电路，来生成相应的可操控天线波束。
在示例3中，示例2的主题可以任选地包括其中多个加权电路是多个射频(RF)波束成形电路。
在示例4中，示例1的主题可以任选地包括，其中单天线阵列操控码本的每个波束成形码字被设计成在预定的操控方向上提供天线阵列操控。
在示例5中，示例1至4中任一个的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的子集各自被配置为利用来自单天线阵列操控码本的相同的波束成形码字来生成组合天线波束的可操控天线波束。
在示例6中，示例1至5中任一项的主题可以任选地包括其中，单天线阵列链操控码本的每个波束成形码字对应于各自的线性渐进相移码字。
在示例7中，示例6的主题可以任选地包括其中，单天线阵列操控码本的每个操控码字是线性渐进相移码字，或近似线性渐进相移码字。
在示例8中，示例1至7中任一个的主题可以任选地包括其中，波束成形电路被配置为通过将相移应用于多个天线阵列的子集中的每个的信号中的每个，以在信号中的每个之间产生预定义相分离，从而对多个天线阵列的信号进行加权，以协调来自多个天线阵列的子集的可操控天线波束，而在第一操控方向上形成组合天线波束。
在示例9中，示例1至8中任一项的主题可以任选地包括其中具有产生组合天线波束的协调波束的多个天线阵列的子集是可调节的。
在示例10中，示例1至8中任一个的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为改变对多个天线阵列的信号的加权，以从多个天线阵列的不同子集的可操控天线波束生成不同的组合天线波束，其中多个天线阵列中的不同子集的多个天线阵列中的每个被配置为重复使用单天线阵列操控码本以产生形成不同组合天线的可操控天线波束波束。
在示例11中，示例1至8中任一个的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为调节多个天线阵列的信号的加权，以便协调来自多个天线阵列的第二子集的可操控天线波束，以在第二操控方向上形成第二组合天线波束。
在示例12中，示例11的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的第二子集的大小与多个天线阵列的子集的大小不同，并且其中多个天线阵列的子集。
在示例13中，示例11或12的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的第二子集被配置为利用单天线阵列操控码本来形成第一组合天线波束和第二组合天线波束。
在示例14中，示例1至13中任一项的主题可任选地进一步包括多个射频(RF)链，其中多个天线阵列中的每个连接到多个RF链的相应RF链。
在示例15中，示例1至14中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路是数字基带波束成形电路。
在示例16中，示例1至8中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为调节对多个天线阵列的信号的加权，以沿多个不同的操控方向操控多个天线阵列中的可操控天线波束。
在示例17中，示例1至8中任一项所述的主题可以任意地包括其中，多个天线阵列被配置为根据各个波束成形码字来在多个不同的操控方向操控可操控天线波束。
在示例18中，示例16或17的主题可以任选地包括其中多个不同的操控方向对应于多个不同的用户。
在示例19中，示例1至18中任一项的主题可以任选地进一步包括多个波束增宽电路，其被配置为处理多个天线阵列的信号以增宽组合的天线波束。
在示例20中，示例19的主题可以任选地包括其中多个波束增宽电路是多个中频(IF)加权电路，每个中频加权电路被配置为根据预定波束增宽加权模式应用波束成形权重以增宽组合天线波束。
在示例21中，示例1至18中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为将预定义的波束增宽加权模式应用于多个天线阵列的信号以增宽组合的天线波束。
在示例22中，示例1至21中任一项所述的主题可以任选地包括其中，多个天线阵列被配置为经由可操控天线波束发送无线信号或经由可操控天线波束接收无线信号。
在示例23中，示例1至22中任一项的主题可以任选地进一步包括被配置成存储单个天线阵列操控码本的一个或多个存储器电路。
在示例24中，示例1至23中任一项的主题可以被配置为基站。
示例25是无线电通信装置，其包括：多个天线阵列，各自包括多个中频(IF)波束成形电路和多个射频(RF)波束成形电路，其中多个RF波束成形电路被配置为根据相应的操控码字来操控对应天线阵列的天线波束，并且多个IF波束成形电路被配置为根据相应的增宽码字对相应天线阵列的天线波束执行波束增宽；以及数字波束成形电路，配置为对于多个天线阵列的信号加权，以协调来自多个天线阵列的子集的可操控天线波束，以在第一操控方向上形成组合天线波束。
在示例26中，示例25的主题可以任选地包括其中，多个天线阵列中的每个的多个RF波束成形电路的相应操控码字是从由多个单天线阵列中的每个重复使用的单天线阵列操控码本中选择的。
在示例27中，示例25或26的主题可以任选地包括其中相应增宽码字中的每个指定由多个IF波束成形电路应用的相位分布。
在示例28中，示例25至27中任一项的主题可以任选地包括其中多个天线阵列中的给定天线阵列的多个IF波束成形电路中的每个连接到多个RF波束成形电路的子集，并且其中多个IF波束成形电路中的每个被配置为对多个RF波束成形电路的相应子集的信号应用信号加权。
在示例29中，示例28的主题可以任选地包括其中相应的增宽码字指定由多个IF波束成形电路中的每个应用的信号加权。
在示例30中，示例28的主题可以任选地包括其中由多个天线阵列中的每个的多个IF波束成形应用的信号加权在多个RF波束成形电路的信号之间产生预定义的相位分布。
在示例31中，示例28至30中任一项的主题可以任选地包括其中信号加权是相位权重或增益权重。
在示例32中，示例25至31中任一项的主题可以任选地进一步包括多个RF链，其中多个天线阵列中的每个连接到多个RF链的相应的RF链。
在示例33中，示例25至32中任一项的主题可以任选地包括，其中相应的增宽码字从包括多个增宽码字的增宽码本中选择，增宽码字的多个增宽码字中的每个对应于不同的增宽码字波束增宽度。
在示例34中，示例25至33中任一项的主题可以任选地包括其中各个操控码字和相应的增宽码字各自包括多个复值波束成形权重。
在示例35中，示例34的主题可以任选地包括其中多个天线阵列中的每个给定的天线阵列被配置为通过在天线阵列的多个RF波束成形电路处应用相应操控码字的多个复值波束成形权重，来生成相应的可操控天线波束。
在示例36中，示例25至35中任一项的主题可以任选地包括其中每个相应的操控码字被设计成在预定的操控方向上提供天线阵列操控。
在示例37中，示例25至36中任一项的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的子集各自被配置为利用单个天线阵列操控码本的相同操控码字来生成可操控天线组合天线波束的波束。
在示例38中，示例25至37中任一项的主题可以任选地包括其中单天线阵列操控码本的每个操控码字对应于相应的线性渐进相移码字。
在示例39中，示例38的主题可以任选地包括其中单个天线阵列操控码本的每个操控码字是线性渐进相移码字或近似线性渐进相移码字。
在示例40中，示例25至39中任一项的主题可以任选地包括其中数字波束成形电路被配置为通过对每个天线阵列中的每个应用相移来对多个天线阵列的信号进行加权以协调可操控的天线波束多个天线阵列中的每个的信号，而在每个信号之间产生预定义的相位间隔。
在示例41中，示例25至40中任一项的主题可以任选地包括其中具有产生组合天线波束的坐标波束的多个天线阵列的子集是可调节的。
在示例42中，示例25至40中任一项的主题可以任选地包括其中数字波束成形电路被配置为改变多个天线阵列的信号的加权，以从可操控的天线波束生成不同的组合天线波束多个天线阵列的不同子集，其中多个天线阵列中的不同子集的多个天线阵列中的每个被配置为重复使用单天线阵列操控码本，以产生形成不同组合的可操控天线波束天线波束。
在示例43中，示例25至40中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为调节多个天线阵列的信号的加权，以协调来自多个天线阵列的第二子集的可操控天线波束的天线阵列，以在第二操控方向上形成第二组合天线波束。
在示例44中，示例43的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的第二子集的大小与多个天线阵列的子集的大小不同。
在示例45中，示例43或44的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的第二子集被配置为利用单天线阵列操控码本来形成第一组合天线波束和第二组合天线波束。
在示例46中，示例25至40中任一项的主题可以任选地包括其中数字波束成形电路被配置为调节多个天线阵列的信号的加权，以操控来自多个天线阵列的可操控天线波束在多个不同的操控方向上。
在示例47中，示例46的主题可以任选地包括其中多个不同的操控方向对应于多个不同的用户。
在示例48中，示例25至47中任一项的主题可以任选地包括其中多个天线阵列被配置为经由可操控天线波束发送无线信号或经由可操控天线波束接收无线信号。
在示例49中，示例25至48中任一项的主题可以任选地进一步包括配置成存储单个天线阵列操控码本的一个或多个存储电路。
在示例50中，示例25至49中任一项的主题可任选地被配置为基站。
示例51是一种操作包括多个天线阵列的无线电通信设备的方法，多个天线阵列被配置为根据各个波束成形码字生成可操控天线波束，方法包括：将多个波束成形码字分配给多个天线来自单天线阵列操控码本的阵列，以在多个天线阵列中的每个天线阵列的每个处产生可操控波束，对多个天线阵列的信号应用信号加权，以协调来自多个天线阵列的第一子集的可操控天线波束天线阵列，以在第一操控方向上形成组合的天线波束，以及将信号加权调节为多个天线阵列的信号，以协调来自多个天线阵列的第二子集的可操控天线波束，以形成第二组合天线波束。
在示例52中，示例51的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的第一子集和多个天线阵列的第二子集被配置为使用单天线阵列操控码本形成第一组合天线波束和第二组合天线波束。
在示例53中，示例51或52的主题可以任选地包括其中第一子集与第二子集的大小不同。
在示例54中，示例51至53中任一项的主题可以任选地包括其中单天线阵列波束成形码本的各个波束成形码字各自包括多个复值波束成形权重。
在示例55中，示例54的主题可以任选地进一步包括在连接到每个天线阵列的天线阵列的多个加权电路处应用所分配的相应波束成形码字的多个复值波束成形权重，以产生多个天线阵列中的每个的可操控波束。
在示例56中，示例55的主题可以任选地包括其中多个加权电路是多个射频(RF)波束成形电路。
在示例57中，示例51至56中任一项的主题可以任选地包括其中，单天线阵列操控码本的每个波束成形码字被设计成在预定的操控方向上提供天线阵列操控。
在示例58中，示例51至57中任一项的主题可以任选地包括，其中从单个天线阵列操控码本将各个波束成形码字分配给多个天线阵列中的每个以在每个天线阵列操控码本中生成多个天线阵列的可操控波束，包括对多个天线阵列中的每个分配来自单天线阵列操控码本的相同的波束成形码字。
在示例59中，示例51至58中任一项的主题可以任选地包括其中单天线阵列操控码本的每个波束成形码字对应于相应的线性渐进相移码字。
在示例60中，示例59的主题可以任选地包括其中单个天线阵列操控码本的每个操控码字是线性渐进相移码字或近似线性渐进相移码字。
在示例61中，示例51至60中任一项的主题可以任选地包括其中对多个天线阵列的信号应用信号加权以协调来自多个天线阵列的子集的可操控天线波束以形成在第一操控方向上的组合天线波束，包括对于多个天线阵列的子集中的每个的每个信号应用相移以在每个信号之间产生预定义的相位间隔。
在示例62中，示例61的主题可以任选地包括其中第二组合天线波束在与第一操控方向不同的第二操控方向上操控。
在示例63中，示例51至60中任一项的主题可以任选地进一步包括应用不同的信号加权以在多个不同的操控方向上操控多个天线阵列中的天线波束。
在示例64中，示例63的主题可以任选地包括其中多个不同的操控方向对应于多个不同的用户。
在示例65中，示例51至64中任一项的主题可以任选地进一步包括对多个天线阵列的信号应用波束增宽信号加权以增宽组合的天线波束。
在示例66中，示例51至64中任一项的主题可以任选地包括其中无线电通信装置还包括多个射频(RF)链，每个射频链连接到多个天线阵列中的相应天线阵列。
示例67是无线电通信装置，其包括：多个天线阵列，每个天线阵列被配置为根据各个波束成形码字生成可操控天线波束，其中多个天线阵列中的每个被配置为从单个天线阵列获得各个波束成形码字，多个天线阵列中的每个天线阵列共用的阵列操控码本；以及波束成形电路，被配置为对多个天线阵列的信号进行加权，以便独立于分配到多个天线阵列的相应波束成形码字，来协调来自多个天线阵列的自己的可操控天线波束，从而在第一操控方向上形成组合天线波束。
在示例68中，示例67的主题可以任选地包括其中各个波束成形码字各自包括多个复值波束成形权重，并且其中多个天线阵列被配置为通过将相应波束成形码字的复波束成形权重应用到多个加权电路，来生成相应的可操控天线波束。
在示例69中，示例68的主题可以任选地包括其中多个加权电路中的每个连接到多个天线阵列中的相应天线。
在示例70中，示例68的主题可以任选地包括其中多个加权电路是多个RF波束成形电路。
在示例71中，示例67至70中任一项的主题可以任选地包括其中单天线阵列操控码本的每个波束成形码字被设计成在预定的操控方向上提供天线阵列操控。
在示例72中，示例67至71中任一项的主题可以任选地包括其中多个天线阵列各自被配置为利用来自单天线阵列操控码本的相同的波束成形码字来生成可操控天线波束组合天线波束。
在示例73中，示例67至72中任一项的主题可以任选地包括其中单天线阵列操控码本的每个波束成形码字对应于相应的线性渐进相移码字。
在示例74中，示例73的主题可以任选地包括其中单天线阵列操控码本的每个操控码字是线性渐进相移码字或近似线性渐进相移码字。
在示例75中，示例67至74中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为通过对多个天线阵列的每个子集中的每个的每个信号应用相移以在每个信号之间产生预定义的相位间隔，对多个天线阵列的信号进行加权，以协调来自多个天线阵列的子集的可操控天线波束，来在第一操控方向上形成组合天线波束。
在示例76中，示例67至75中任一项的主题可以任选地包括其中产生组合天线波束的具有协调波束的多个天线阵列的子集是可调节的，并且每个重复使用单天线阵列操控码本产生组合天线波束。
在示例77中，示例67至75中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为改变多个天线阵列的信号的加权，以从多个天线阵列的不同子集的可操控天线波束生成不同的组合天线波束，其中多个天线阵列中的不同子集的多个天线阵列中的每个被配置为重复使用单天线阵列操控码本以产生形成不同组合天线的可操控天线波束波束。
在示例78中，示例67至75中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为调节用于多个天线阵列的信号的加权，以协调来自多个天线阵列的第二子集的可操控天线波束的天线阵列，以在第二操控方向上形成第二组合天线波束。
在示例79中，实例78的主题可以任选地包括其中多个天线阵列的第二子集与多个天线阵列的子集的大小不同，并且其中多个天线阵列的子集。
在示例80中，示例78的主题可以任选地包括79，其中多个天线阵列的第二子集被配置为利用单天线阵列操控码本来形成第一组合天线波束和第二组合天线波束。
在示例81中，示例67至80中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路是数字基带波束成形电路。
在示例82中，示例67至75中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为调节多个天线阵列的信号的加权，以便沿多个不同的操控方向操控来自多个天线阵列的可操控天线波束。
在示例83中，示例67至75中任一项的主题可以任选地包括其中多个天线阵列被配置为根据各个波束成形码字来沿多个不同操控方向操控可操控天线波束。
在示例84中，示例82或83的主题可以任选地包括其中多个不同的操控方向对应于多个不同的用户。
在示例85中，示例67至84中任一项的主题可以任选地进一步包括多个波束增宽电路，其被配置为处理多个天线阵列的信号以增宽组合的天线波束。
在示例86中，示例85的主题可以任选地包括其中多个波束增宽电路是多个中频(IF)加权电路，每个配置用于根据预定义的波束增宽加权模式应用波束成形权重以增宽组合天线波束。
在示例87中，示例67至84中任一项的主题可以任选地包括其中波束成形电路被配置为将预定义的波束增宽加权模式应用于多个天线阵列的信号以增宽组合的天线波束。
在示例88中，示例67至87中任一项的主题可以任选地包括其中多个天线阵列经配置以经由可操控天线波束发送无线信号或经由可操控天线波束接收无线信号。
在示例89中，示例67至88中任一项的主题可以任选地进一步包括配置成存储单个天线阵列操控码本的一个或多个存储器电路。
在示例90中，示例67至88中任一项的主题可以任选地进一步包括多个射频(RF)链，其中多个天线阵列中的每个连接到多个RF链的相应RF链。
在示例91中，可以将示例67至90中任一项的主题配置为基站。
在上述描述中定义的所有首字母缩写在本文包括的所有权利要求中另外保留。
虽然已经参考具体示例特别示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离由本发明限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变所附权利要求。因此，本发明的范围由所附权利要求书指示，并且因此旨在包含落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变。

Claims (25)

1.一种无线电通信设备，包括：
多个天线阵列，每个所述天线阵列被配置为根据相应的波束成形码字来生成可操控天线波束，其中所述多个天线阵列中的每个被配置为从被所述多个天线阵列中的每个重复使用的单天线阵列操控码本获取相应的波束成形码字；以及
波束成形电路，被配置为对所述多个天线阵列的信号加权，以协调来自所述多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在第一操控方向形成组合天线波束。
2.根据权利要求1所述的无线电通信设备，其中相应的波束成形码字各自包括多个复值波束成形权重，并且其中所述多个天线阵列各自被配置为通过将相应的波束成形码字的多个复数波束成形权重应用于每个天线阵列的多个加权电路，来生成相应的可操控天线波束。
3.根据权利要求2所述的无线电通信设备，其中所述多个加权电路为多个射频(RF)波束成形电路。
4.根据权利要求1所述的无线电通信设备，其中所述单天线阵列操控码本的每个波束成形码字被设计为在预定义的操控方向提供天线阵列操控。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电通信设备，其中所述单天线阵列链操控码本的每个波束成形码字对应于线性渐进相移码字。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电通信设备，其中通过以下操作，所述波束成形电路被配置为对所述多个天线阵列的信号加权，以协调来自所述多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在所述第一操控方向形成所述组合天线波束：
对所述多个天线阵列的子集中的每个的信号中的每个施加相移，以产生所述信号中的每个之间的预定义相分离。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电通信设备，其中所述波束成形电路被配置为改变对所述多个天线阵列的信号的加权，以从所述多个天线阵列的不同子集的可操控天线波束生成不同的组合天线波束，其中所述多个天线阵列的不同子集的多个天线阵列中的每个被配置为重复使用所述单天线阵列操控码本，以生成形成不同的组合天线波束的可操控天线波束。
8.根据权利要求1所述的无线电通信设备，其中所述波束成形电路被配置为调节对所述多个天线阵列的信号的加权，以协调来自所述多个天线阵列的第二子集的可操控天线波束，从而在第二操控方向形成第二组合天线波束。
9.根据权利要求8所述的无线电通信设备，其中所述多个天线阵列的第二子集的大小与所述多个天线阵列的子集的大小不同，并且其中所述多个天线阵列的子集。
10.根据权利要求8或9所述的无线电通信设备，其中所述多个天线阵列的第二子集被配置为利用所述单天线阵列操控码本来形成第一组合天线波束和第二组合天线波束。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电通信设备，其中所述波束成形电路被配置为调节对所述多个天线阵列的信号的加权，以在多个不同操控方向上操控来自所述多个天线阵列的可操控天线波束。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的无线电通信设备，其中所述多个天线阵列被配置为经由所述可操控天线波束来传输无线信号，或者经由所述可操控天线波束来接收无线信号。
13.一种无线电通信设备，包括：
多个天线阵列，各自包括多个中频(IF)波束成形电路和多个射频(RF)波束成形电路，其中所述多个RF波束成形电路被配置为根据相应的操控码字来操控对应天线阵列的天线波束，并且所述多个IF波束成形电路被配置为根据相应的增宽码字对对应天线阵列的天线波束执行波束增宽；以及
数字波束成形电路，被配置为对所述多个天线阵列的信号加权，以协调来自所述多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在第一操控方向形成组合天线波束。
14.根据权利要求13所述的无线电通信设备，其中从被所述多个天线阵列中的每个重复使用的单天线阵列操控码本中，选择用于所述多个天线阵列中的每个的所述多个RF波束成形电路的相应的操控码字。
15.根据权利要求13所述的无线电通信设备，其中相应的增宽码字中的每个指定由所述多个IF波束成形电路应用的相位分布。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的无线电通信设备，其中所述多个天线阵列的给定天线阵列的多个IF波束成形电路中的每个连接到所述天线阵列的多个RF波束成形电路的子集，并且其中所述多个IF波束成形电路中的每个被配置为对所述多个RF波束成形电路的相应子集的信号应用信号加权。
17.根据权利要求13至15中任一项所述的无线电通信设备，其中每个相应的操控码字被设计为在预定义的操控方向提供天线阵列操控。
18.一种无线电通信设备，包括：
多个天线阵列，各自被配置为根据相应的波束成形码字来生成可操控天线波束，其中所述多个天线阵列中的每个被配置为从所述多个天线阵列中的每个共用的单天线阵列操控码本获取相应的波束成形码字；以及
波束成形电路，被配置为对所述多个天线阵列的信号加权，以独立于分配给所述多个天线阵列的相应的波束成形码字来协调来自所述多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在第一操控方向形成组合天线波束。
19.根据权利要求18所述的无线电通信设备，其中相应的波束成形码字各自包括多个复值波束成形权重，并且其中所述多个天线阵列各自被配置为通过将相应的波束成形码字的多个复数波束成形权重应用于多个加权电路，来生成相应的可操控天线波束。
20.根据权利要求19所述的无线电通信设备，其中所述多个加权电路为多个RF波束成形电路。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的无线电通信设备，其中所述单天线阵列操控码本的每个波束成形码字被设计为在预定义的操控方向提供天线阵列操控。
22.根据权利要求18至20中任一项所述的无线电通信设备，其中所述单天线阵列操控码本的每个波束成形码字对应于线性渐进相移码字。
23.根据权利要求18至20中任一项所述的无线电通信设备，其中通过以下操作，所述波束成形电路被配置为对所述多个天线阵列的信号加权，以协调来自所述多个天线阵列的子集的可操控天线波束，从而在所述第一操控方向形成所述组合天线波束：
对所述多个天线阵列的子集中的每个的信号中的每个应用相移，以在所述信号中的每个之间产生预定义的相分离。
24.根据权利要求18至20中任一项所述的无线电通信设备，其中具有生成组合天线波束的经协调波束的所述多个天线阵列的子集是可调节的，并且各自重复使用所述单天线阵列操控码本以生成组合天线波束。
25.根据权利要求18至20中任一项所述的无线电通信设备，其中所述波束成形电路被配置为改变对所述多个天线阵列的信号的加权，以便从所述多个天线阵列的不同子集的可操控天线波束生成不同的组合天线波束，其中所述多个天线阵列的不同子集的多个天线阵列中的每个被配置为重复使用所述单天线阵列操控码本，以生成形成不同的组合天线波束的可操控天线波束。
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